수소 경제: 현재 개발 중인 미래의 연료 

전 세계적으로 기후 변화의 영향이 커지면서 깨끗하고 지속 가능한 에너지원으로 에너지 공급을 늘려야 할 필요성이 높아지고 있습니다. 에너지 믹스 중에서도 많은 장점을 가지고 있는 수소는 수소 경제를 통해 세상에 에너지를 공급하는 방식을 완전히 바꿀 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

수소는 주기율표에서 가장 풍부한 원소이지만, 자유롭게 이용할 수는 없으며 생산을 위해서는 화학적 처리를 거쳐야 합니다. 수소는 높은 에너지 함량과 탄소중립 특성 덕분에 에너지 저장과 발전을 위해 기존의 화석 연료를 대체하는 지속 가능하고 매력적인 대안이 될 수 있습니다.

수소는 연료로 사용할 때 수증기만 배출되고 다양한 생산 방법을 통해 필요에 따라 생산, 저장, 소비할 수 있습니다. 또한 수소는 상당한 어려움이 따르지만 수송이 가능하기 때문에 일관된 에너지원으로서 유연성과 신뢰성을 높일 수 있습니다.

그러나 대부분의 산업 이니셔티브와 마찬가지로 수소 경제를 발전시키고 수소 기반 프로세스를 도입하는 데에는 주로 기존 인프라의 부족과 규제와 관련된 몇 가지 과제가 있습니다.

수소 환경을 이해하는 첫 번째 단계 중 하나는 수소 획득 또는 생산 방식에 따라 재정, 지속 가능성 및 규제 측면에서 다양한 영향을 미친다는 사실을 인식하는 것입니다.

모든 소비재와 마찬가지로 수소 역시 생산 방법에 따라 친환경성 수준이 결정됩니다. 수소의 친환경성 수준을 분류하기 위해 색상으로 구분한 체계를 사용합니다. 여러 가지 색상 중에서도 천연가스의 주성분인 메탄에 따라 다음과 같은 색상을 사용해 분류합니다.

• 그레이 수소: 현재 가장 널리 사용되는 생산 방식인 그레이 수소는 증기 메탄 개질(SMR) 또는 자동 열 개질(ATR)을 통해 천연가스에서 생산합니다. 두 프로세스 모두 비용 효율적이지만 상당한 양의 이산화탄소를 대기로 배출하여 그레이 수소를 연료로 사용할 때 얻을 수 있는 대부분의 환경적 이점을 상쇄합니다.
• 블루 수소: 블루 수소는 천연가스 SMR 및 ATR에 의존한다는 점에서 그레이 수소와 유사하지만, 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출을 포집하고 격리하기 위해 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술을 이용합니다. 이 방법은 CCS로 인해 더 지속 가능한 것으로 간주되지만, 비용이 더 많이 듭니다. ATR은 SMR보다 더 순도가 높은 이산화탄소 스트림을 생성하기 때문에 블루 수소 생산에 더 적합합니다.
• 그린 수소: 그린 수소는 풍력, 태양광, 수력 등의 청정 에너지원으로부터 재생 전기를 사용하여 물 분자를 수소와 산소로 나누는 전기분해 프로세스를 통해 생산됩니다. 이 방법은 탄소 배출이 전혀 발생하지 않아 가장 지속 가능한 생산 방식입니다. 하지만 생산 비용과 재생 에너지 공급이 문제입니다.
• 청록 수소: 최근 떠오르는 기술인 청록 수소 생산은 천연가스의 주성분인 메탄을 수소와 고체 탄소로 분해하는 메탄 열분해를 이용합니다. 아직 개발 단계에 있지만, 이 방법은 탄소 부산물을 효과적으로 활용하거나 격리할 경우 그레이 수소를 대체할 수 있는 저배출 대안이 될 수 있습니다.

아직 초기 단계에 불과하지만, 수소 경제는 다양한 활용성과 전 세계적으로 널리 도입될 수 있는 잠재력을 보여주며 구체화되고 있습니다. 수소는 이미 비료용 암모니아 생산부터 석유 제품의 정제 프로세스에 이르기까지 수많은 산업 프로세스에서 중요한 요소로 사용되고 있습니다.

수송 부문에서는 수소로 구동되는 연료전지 전기자동차(EV)가 탄력을 받고 있으며, 충전에 몇 시간이 걸리는 배터리 구동식 전기자동차에 비해 몇 분 만에 연료를 충전할 수 있는 무배출 수송 대안을 제공합니다. 또한 발전용 고정식 연료전지에서 수소를 활용해 가정과 기업, 특히 외딴 지역과 전력망 접근이 제한된 지역에 안정적인 전기를 공급할 수 있습니다.

뿐만 아니라, 수소는 효율적인 에너지 저장 매체로서 특히 피크 시간대에 생산된 잉여 재생 에너지를 포집하여 나중에 사용할 수 있도록 저장하는 데 적합합니다. 단기 에너지 저장에 더 적합한 배터리와 달리 수소는 장기간 대량의 에너지를 비축할 수 있기 때문에 계절별 저장에 이상적이며, 재생 에너지 생산의 변동에 대처하는 데 도움이 됩니다. 수소 저장은 배터리 저장에 비해 훨씬 적은 공간과 무게를 필요로 하며, 시간이 지나도 에너지 손실이 거의 없습니다.

화석 연료 기반 발전 방식을 수소 공급 에너지로 보완하면 오늘날 인류와 지구가 직면한 여러 가지 시급한 기후 문제, 특히 온실가스 배출 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다. 수소 경제가 발전함에 따라 기업은 기후 변화를 완화하고 지속 가능성 목표를 달성할 수 있는 힘을 얻을 수 있습니다.

또한 수소는 에너지 공급원을 다변화하고 지정학적 역학 관계에 따라 영향을 받을 수 있는 기존 에너지원에 대한 의존도를 줄임으로써 에너지 안보를 강화합니다. 수소 경제는 혁신을 촉진하고 새로운 산업과 일자리를 창출하며 가치 사슬 전반에 걸쳐 경제 성장을 촉진할 수 있는 기회를 제공합니다. 또한 수소를 이용하는 산업 프로세스가 추가되면 대기 중 오염 물질이 감소하여 특히 인구 밀집 지역의 대기질이 개선되고 공중 보건에도 도움이 됩니다. 

이러한 장점에도 불구하고 수소는 광범위한 도입을 가로막는 몇 가지 장벽에 직면해 있습니다. 

먼저, 그린 수소는 인프라에 전력을 공급하는 무배출 옵션을 제공하지만, 기존의 화석 연료보다 에너지 생산 비용이 훨씬 더 높습니다. 그린 수소의 생산 비용을 낮추는 것은 수소 경제를 촉진하기 위한 최우선 과제 중 하나입니다. 

마찬가지로 블루 수소는 그레이 수소 생산에 상당한 비용이 추가되므로 사용을 늘리려면 인센티브가 필요합니다. 

또한 수소는 생산, 저장, 수송, 유통을 위한 인프라가 부족합니다. 수소를 안전하고 효율적으로 처리할 수 있는 새로운 인프라를 구축하거나 기존 인프라를 변경하는 데는 상당한 투자가 필요합니다. 또한 수소 기술을 산업 및 소비자용 프로세스에 도입하려면 대중의 신뢰와 수용이 필요하며, 이를 위해서는 수소의 이점에 대해 교육하고 안전 우려를 해소하며 잘못된 인식을 불식시키기 위한 인식 개선 캠페인이 필요합니다.

마지막으로, 생산과 저장부터 수송과 최종 사용에 이르기까지 전체 가치 사슬에 걸쳐 안전 프로토콜과 규제를 널리 알리고 이해시켜야 합니다. 규제 기관은 기존 및 잠재적 수소 사용자를 교육하고 수소 도입을 장려하는 데 중요한 역할을 합니다. 

정부와 규제 기관은 정책과 인센티브를 통해 수소 경제의 발전을 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 정책은 탄소세, 재생 에너지 인증서, 배출권 거래제 등으로 나타나며, 이는 비즈니스 관점에서 친환경 에너지를 더욱 매력적으로 만드는 역할을 합니다. 예를 들어, 미국의 2022년 인플레이션 감축법(IRA)에는 국내 재생 에너지 생산을 늘리기 위한 청정 에너지 세액 공제 및 기타 조항이 포함되어 있습니다. 한편, 일본 과 한국 은 각각 2050년까지 탄소 중립을 달성하기로 약속했으며, 유럽연합 전체가 이를 따르고 있습니다.

각국 정부는 정책 수립 외에도 그린 및 블루 수소 생산 비용을 절감하고 수소 기술의 효율성을 개선하며 이 다목적 에너지 운반체의 새로운 응용 분야를 모색하는 데 중요한 연구 개발에도 자금을 지원하고 있습니다. 공공 자금과 인센티브는 수소 충전소, 파이프라인, 저장 시설의 구축을 가속화하기 때문에 도입 확대를 뒷받침하는 강력한 인프라를 구축할 수 있습니다.

또한 공공 기관은 수소 가치 사슬에서 명확한 안전 프로토콜과 규제를 확립하는 데 필수적인 역할을 합니다. 공공의 안전을 보장하고 수소 기술에 대한 신뢰를 구축하기 위해서는 이러한 관행을 강화하는 것이 무엇보다 중요합니다.

수소 경제가 초기 단계라는 점을 고려하면 잠재적인 응용 분야는 기존의 용도를 넘어 확장될 수 있습니다. 예를 들어, 에너지 집약적인 제조 공정으로 인해 탄소 발자국이 큰 것으로 알려진 철강 및 시멘트 생산과 같은 산업에서는 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 화석 연료 기반 에너지를 수소로 대체하는 방안을 적극적으로 모색하고 있습니다.

화석 연료에 크게 의존하는 해양 및 항공 부문에서 탄소 배출을 줄이는 것도 큰 과제입니다. 하지만 연소 엔진을 구동하는 수소 연료전지가 잠재적인 해결책을 제시합니다.

수소는 대기 중 탄소 배출을 줄이기 위해 기존의 천연가스 연소 발전 시설에도 혼합되고 있습니다. 최신 가스 터빈은 이제 천연가스를 혼합할 필요 없이 수소만을 연료로 사용할 수 있습니다.  

소비자 차원에서는 난방 시스템, 스토브, 온수기, 의류 건조기 등 기존 가전제품을 변경할 필요 없이 최대 20%까지 천연가스와 혼합된 수소를 주거 및 상업용으로 사용할 수 있어 탄소 배출을 줄이고 더 건강한 생활 환경을 조성할 수 있는 또 다른 방법을 제시합니다. 

수소 경제의 발전은 혼자서 할 수 있는 일이 아닙니다. 제조업체, 공급업체, 공공 및 민간 연구기관, 정부, 대중을 포함한 모든 이해관계자 간의 협력적 접근법이 필요합니다. 혁신을 촉진하고 비용 장벽을 낮추며 기술적 과제를 극복하고 안전을 보장하기 위해서는 추가적인 연구 개발과 시범 프로젝트가 필수적입니다. 

아직 많은 과제가 남아 있지만, 전 세계가 이산화탄소 배출을 줄이고 지속 가능한 친환경 에너지로 기존의 전력 공급을 보완하는 방법을 모색하는 상황에서 수소의 활용은 수많은 이점을 제공합니다. 수소 도입의 과제를 해결하려면 지속적인 연구, 교육, 기술 혁신 및 정책 추진이 필요하지만, 수소의 사용과 잠재력은 계속 확대되고 있으며, 이는 산업계와 그 너머에서 더 깨끗한 미래를 실현할 수 있는 중요한 기회를 제시합니다.