에너지 문제에 관한한 97% 해외의존도와 세계 10위의 에너지소비국이라는 수치가 말해주듯이 세계 환경 변화에 절대적으로 민감할 수밖에 없다.
에너지 수급이 원활할 때에는 대체에너지에 대한 시각은, 지구온난화 등 국제적인 환경 규제에 대비한다는 수동적인 측면이 강조되어 왔으나, 현재와 같이 배럴당 50달러가 넘는 시점에서는 가까운 시일 내에 원유를 대체해야만 한다는 절박감이 앞서 있다.
현재의 고유가는 산유국이 아닌 나라에는 큰 부담으로 작용하고 있으나, 오히려 이번 사태가 에너지안보에 대한 인식을 확고히 가지게 되는 계기가 되어, 일과성이 아닌 지속적인 재생에너지 개발 및 보급을 가속화 시키게 될 것이다.
국내의 수소에너지기술개발은 1988년부터 시작된 대체에너지기술개발 사업에 따라 1992년부터 지원되기 시작하였는데, 초반에는 기초 연구수준으로 진행되었으나, 2000년 들어서 과기부의 국책사업, 프론티어사업, 산자부의 중점연구사업 등 국가적 비전과 장단기 전략에 따라 원천기술확보와 상업화를 지향하게 되었다.
이러한 수소에너지분야의 급진전은 이렇다할 에너지원이 없는 국내 현실에 대한 인식 이외에도 수소 이용기술의 하나인 연료전지 분야의 기술 발전, 선진 국가의 대규모 연구개발 투자에 자극 받은 바 크다.
이러한 기술 개발에 힘입어 점차 이산화탄소의 배출은 줄이고 에너지 수요자의 욕구를 충족시키는 수소에너지 관련 제품이 시장을 만들고 확대될 것이며 수소의 제조와 저장, 유통(수입을 포함), 이용 등의 분야에 새로운 산업과 고용이 창출될 것이다.
현재의 활발한 연구개발 성과로 볼 때, 수소에너지 개발이 주는 혜택은 크던 작던 간에 서서히 파급되기 시작할 것이며 수송 분야는 수소에너지를 직접적으로 가장 많이 사용하는 분야가 될 것이다.
현재 수소자동차에 대한 실증 프로젝트에 의해 연료전지 버스는 유럽 10개 도시에서 30대가 시범 운행 중이며 미국, 캐나다 등의 북미 지역이외에도 아시아 지역에서도 일본, 호주(3대) 및 중국(3대) 등지에서 자체 프로젝트로 시범 운행 중이거나 운행할 계획을 가지고 있다.
우리나라 역시 수소자동차와 관련된 연료전지, 고압저장, 수소충전소 등 연구와 실증 프로그램이 진행되고 있어 3년 이내에 최소한 3개 이상의 수소충전소가 건설될 예정이다.
이미 수송부문은 타 부문에 비하여 에너지 수요 증가율이 높아, 수송 부문 에너지소비 비중 21% (2003년), 석유 의존도 99%에 달하고 있다.
환경적 측면으로 수소이용차량의 경우는 오염원 배출이 없어 수소연료전지자동차, 수소내연기관 이용 등 다양한 차량이 개발되고 있다.
노무라연구소나 다임러-크라이슬러사의 예측에 의하면 2010년대에는 전세계적으로 적게는 10만대. 많게는 130만대의 보급을 예측하고 있으며 현대자동차도 수소자동차를 1만대 생산하고 이중 최소한 1천대 이상을 국내에 보급할 것으로 계획하고 있다.
또한 수소 차량 운행 대수에 비례하여 수소충전소도 50곳 이상으로 늘어나게 될 것이다.
충전소당 수소공급능력은 시간당 100~300㎥ 정도로 저장, 압축 등의 설비, 수소누출감지기 및 화재검지기 등 안전 설비까지 갖추게 될 것이며 필요에 따라 수소제조도 자체적으로 이루어지게 될 것이다.
수소제조는 천연가스나 휘발유 등의 액체연료를 현장에서 개질하여 공급하는 방식이나 수전해방식이 될 것이며 제철소와 가성소다 업체에서 나오는 부생수소는 정제하여 카트리지 형태로 공급받는 양도 급격히 증대될 것이다.
수소자동차를 운행하기 위한 수소 관련 법규와 표준화, 코드화 등 안전을 위한 법적 제도적 뒷받침이 5년 이내에 마련될 것이며 수소경제에 대한 사회인지도를 높이고 안전한 수소체제를 만들기 위한 노력의 일환으로 초중고 및 대학생을 대상으로 교과 과정도 채택이 될 것이다.
신기술 특히 나노기술의 발달과 수소저장 메커니즘이 제대로 이해되기 시작함에 따라 수소저장에 적합한 저장용 구조체를 설계 및 제조하는 것이 가능해 질 것이며 보다 저압에서 안전하게 수소를 저장할 수 있는 장치들이 속속 개발될 것이다.
이러한 장치의 출시는 수소자동차, 분산전원용 기기, 소형 이동용 기기의 사용이 촉진되는 계기가 될 것이다.
수소 제조기술도 태양광을 직접 이용하는 기술이 발달됨에 따라 미생물이나 광촉매를 이용한 수소제조 기술이나 태양전지를 적용하여 일사량 조건이 좋은 남향 건물 외벽에 설치할 수 있는 패키지 형태로의 간단한 세트가 개발되기 시작하여 낮에는 수소로 저장하고 밤에는 이를 이용하여 열병합발전을 함으로서 자체적으로 에너지를 자급할 수 있는 제로에너지하우스의 형태가 점차 늘어나게 될 것이다.
원자력 발전 분야에서도 300MW급의 모듈화된 전기 및 수소생산 장치가 개발되어 산업용의 대량 수소를 필요로 하는 산업용 또는 중앙집중식 수소생산용으로 공급할 수 있을 것이다.
이러한 원자력수소기술은 기존 경수로보다 테러 등의 위험 요인으로부터도 안전하고 핵폐기 오염 문제가 적어지는 쪽으로 발달하게 될 것이다.
[기고] 과학기술부 21세기 프론티어사업 수소에너지사업단장
(한국에너지기술연구원 책임연구원) 김 종 원
