[친환경 수소경제시대가 온다] <1> 인류 구원할 고효율 청정에너지

태양광·풍력 등 대다수 신재생에너지들이 화석연료의 보조자 역할에 머문다면 수소에너지는 화석연료를 완전히 대체할 궁극의 미래 에너지다.

[친환경 수소경제시대가 온다] 인류 구원할 고효율 청정에너지 유해물질 '0'… 에너지난 해결 유일한 대안이산화탄소 저감 효과도 빼어나'짝꿍' 연료전지 에너지 효율 높아 발전·전원공급 등 활용도 다양2015년께 수소에너지시대 개화… 세계 각국 R&D 투자 대거 늘려 양철승 기자 csyang@sed.co.kr 태양광·풍력 등 대다수 신재생에너지들이 화석연료의 보조자 역할에 머문다면 수소에너지는 화석연료를 완전히 대체할 궁극의 미래 에너지다. 석유ㆍ천연가스ㆍ석탄 등의 화석연료는 한정된 자원이다. 멈출 줄 모르는 고유가 기조가 방증하듯 고갈 시기는 이미 가시권 내에 들어왔다. 때문에 이를 대체할 미래 에너지의 개발은 인류 존속과 국가 발전의 필수 요소가 됐다. 과연 포스트 화석연료시대를 이끌 차세대 주자는 누구일까. 세계 각국은 수소를 그 주인공으로 꼽는다. 그리고 수소경제시대로의 원활한 이행을 목표로 범국가적 노력을 기울이고 있다. 서울경제신문은 한국과학창의재단과 공동으로 머지않은 미래에 우리 삶을 바꿔놓을 수소에너지의 가치와 연구개발 현황, 과제와 비전을 8회에 걸쳐 살펴본다. '지구상에서 가장 풍부한 자원인 수소가 석유를 대체하게 될 것이다.' 세계적 경제학자이자 미래학자인 제러미 리프킨은 지난 2002년 자신의 저서 '수소혁명'을 통해 이렇게 예견했다. 화석연료가 고갈 위기에 직면하면서 수소가 인류발전의 새로운 동력원으로 부상한다는 것이다. 그의 전망은 어김없이 들어맞았다. 국제유가의 고공행진이 이어지면서 세계 각국은 지속 가능한 국가 성장과 에너지 안보를 위해 수소에너지의 상용화에 대대적 투자를 단행 중이다. 미 에너지국(DOE) 집계에 의하면 2008년부터 지난해까지 수소 및 연료전지 분야에 투자된 벤처캐피털과 사모펀드 자본만 6억3,000만달러에 달한다. 정부와 기업 투자액을 포함하면 최소 수십억달러에 이를 것이라는 게 전문가들의 의견이다. ◇에너지 독립 실현할 꿈의 에너지=수소에너지가 다양한 신재생에너지 중에서 유독 각광받는 이유는 명확하다. 김종원 고효율 수소에너지 제조·저장·이용기술개발사업단장은 "신에너지는 화석연료의 유한성과 환경문제를 동시에 해결할 수 있어야 한다" 며 "수소는 이를 실현할 최적이자 현존하는 유일한 대안" 이라고 밝혔다. 실제로 수소는 중량을 기준으로 에너지량이 휘발유의 세 배나 되는 고효율 에너지며 연소 시 유해물질을 거의 배출하지 않는 청정에너지다. 미 연료전지협회(USFCC)의 2010년 시장분석보고서를 보면 휘발유자동차 1대를 수소연료전지차로 교체했을 때 연간 3톤, 디젤버스를 수소연료전지버스로 교체하면 연간 30톤의 이산화탄소 저감 효과가 발휘된다. 또한 수소는 물을 전기분해해 생산할 수 있다. 고갈될 우려가 전혀 없다는 얘기다. 김 단장은 "수소는 천연가스ㆍ석탄ㆍ바이오매스ㆍ원자력 등 다양한 방법으로 제조 가능하지만 궁극적 지향점은 태양광ㆍ풍력 등 자연에너지로 전기를 생산해 물을 전기분해하는 것"이라고 설명했다. 이 경우 연료생산에서 활용에 이르는 모든 과정을 통틀어 화석연료 사용과 온실가스 배출은 완벽히 제로가 되며 전 세계 모든 국가가 사실상 에너지 자립을 이룰 수 있게 된다. 인류를 에너지난으로부터 영원히 해방시킬 꿈의 에너지라 해도 실언은 아닌 셈이다. ◇환상의 짝꿍, 연료전지=특히 석유에 내연기관이 있다면 수소에는 연료전지라는 환상의 짝꿍이 있다. 수소를 전기에너지로 변환해주는 연료전지를 통해 수소는 운송수단의 연료·발전·전원공급장치·난방 등 화석연료를 능가하는 무궁무진한 활용도를 지닌다. 대통령 직속 녹색성장위원회 위원인 홍성안 한국과학기술연구원(KIST) 연료전지연구센터 책임연구원도 "인류의 주 에너지원이 나무ㆍ석탄ㆍ석유로 진화한 것은 각각 증기기관과 내연기관의 등장 때문"이라며 "연료전지야 말로 수소경제 구현의 원천"이라고 설명했다. 연료전지의 최대 강점은 탁월한 에너지 이용 효율이다. 기존 내연기관이 휘발유가 지닌 에너지의 20~30%만 이용하고 나머지는 열ㆍ소음 등으로 소실되는 반면 연료전지는 지금도 수소가 가진 에너지의 50~60%를 쓸 수 있다. 홍 책임연구원은 "연구 결과, 수소연료전지차는 수소를 천연가스에서 생산해 공급하더라도 연료전지의 효율성에 힘입어 전체 에너지 효율이 36%나 된다"며 "이는 내연기관자동차의 16~20%를 비롯해 하이브리드카와 전기자동차의 26%, 21%보다도 높은 수치"라고 밝혔다. 그는 이어 "일각에서 수소에너지가 기술적ㆍ경제적 이유로 당분간 천연가스로부터 생산돼야 한다는 점을 들어 친환경성을 비하하곤 한다"며 "수치에서 드러나듯 과도기적 상황에서조차 수소는 화석연료 사용량을 크게 줄일 수 있어 수소로의 에너지 패러다임 변화는 당연한 귀결"이라고 강조했다. ◇2015년 개화, 2020년 만개=물론 150년이나 된 석유와 내연기관 중심의 에너지시스템 개혁이 쉬울 리는 만무하다. 1990년대 미국·일본·독일 등 선진국들을 필두로 해 2000년대 우리나라를 포함한 후발주자들이 수소에너지 연구에 속속 뛰어들었지만 아직도 많은 기술적 난제들이 산적해 있는 상태다. 하지만 그간의 노력에 의해 수소의 제조ㆍ저장ㆍ활용 전반에서 괄목할 만한 진전이 이뤄지면서 수소경제는 손에 잡힐 듯 다가와 있다. 전문가들은 수소연료전지차의 상용화가 예고된 오는 2015년을 전후해 수소에너지 시대가 개화되고 2020년께 수소경제 진입이 본격화될 것으로 내다본다. 이와 관련, 미국 시장조사기관 파이크리서치는 지난달 세계 수소연료 수요량이 2010년 77만5,000㎏에서 2015년 5,500만㎏, 2020년 4억1,800만㎏로 폭증할 것이라는 예측을 내놓기도 했다. 그렇다면 현 시점에서 우리나라의 기술력은 어느 정도 수준일까. 김 단장은 "계층분석기법(AHP) 평가 결과 미국ㆍ일본ㆍ독일ㆍ중국ㆍ캐나다에 이어 6위에 해당됐다"며 "우리의 주력 분야는 기술력에서 가장 앞서 있는 미국의 70% 선에 이른 것으로 본다"고 말했다. 10여년 뒤늦게 연구개발을 시작했음을 감안하면 괄목할 만한 성과임에 틀림없다. 다만 관련 업계를 중심으로 최근 몇 년간 수소연료전지 분야에 대한 국가적 관심이 약화되고 있다는 우려의 목소리가 불거지고 있다. 홍 책임연구원은 "현 정권이 녹색성장에 강력한 드라이브를 걸고 있지만 자세히 들여다보면 수소연료전지 분야가 상대적으로 소외된 듯한 느낌을 받는 것이 사실"이라며 "장기적 관점에서 체계적 방향 설정에 따른 선택과 집중이 요구된다"고 강조했다. 공동기획=서울경제신문․한국과학창의재단 [친환경 수소경제시대가 온다] 기획연재 전체보기