수소 산업

수소

기존 전기는 ESS(Energy Storage System) 배터리를 사용 저장 용량과 기간의 한계가 존재한다. 하지만, 수소는 기체 또는 액체로 대량저장이 가능하다. 수소 자체로 저장이 가능하고 질소를 활용하여 암모니아 혹은 액화수소로 저장이 가능하다. 또한, ESS는 송전선을 통해 제한적인 거리만 운송이 가능하다.

수소는 전기를 만드는 과정에서 물만 배출하는 탄소중립 끝판왕이다. 우주에 존재하는 원소 중 가장 풍부해 고갈될 걱정이 없다.

그런데 자연상태에서 수소는 다른 물질이랑 결합된 화합물 형태로 존재한다. 그래서 수소를 에너지원으로 사용하려면 분리하는 과정이 필수다. 어떤 원료를 사용해서 어떻게 분리하는지에 따라 그레이 수소, 블루수소, 그린 수소 등 별명이 붙는다.

세상에서 가장 가벼운 원소이다. 따라서, 중력으로 가두기 어려워 대부분 우주에 존재한다. 그리고 수소는 화학반응에 예민해서 수소폭탄이라는 말도 많다.

장점

1. 저장 및 운송이 용이
2. 풍력, 태양광 등 잉여전력을 수소로 저장
3. 자원이 무한
4. 안전하다

수소 종류

그레이 수소

천연가스(주로 메탄)를 스팀 메탄 개질(SMR, Steam Methane Reforming) 방식으로 분해하여 생산한다. 이 과정에서 고온의 스팀을 사용하여 메탄과 반응시키면 수소와 일산화탄소가 생성된다. 이어서 물과 반응시켜 수소와 이산화탄소를 생성한다.

블랙 수소

브라운수소와 유사하게 만들어지나 석탄을 가공해서 얻을 수 있다

브라운 수소

석탄을 가스화하여 수소를 생산한다. 갈탄으로 만들어진다.

그레이수소 1톤을 만드는데 이산화탄소 10톤을 배출한다.

블루수소

2024년 기준 가장 현실적인 친환경 수소로 부각되고 있다. 그레이 수소는 화석연료 분해로 만들게 되므로 탄소가 많이 배출되는 단점이 있고, 그린수소는 경제적, 기술적 한계가 있다. 따라서, 화석연료를 사용하는 기술은 같지만 배출되는 탄소를 분리해서 잡아내는 기술(CCS)로 온실가스 배출을 최소화한다. 또한, 대량생산도 가능하다.
탄소배출은 그레이수소에 비해 이산화탄소가 60%나 더 적게 배출된다.

 

CCUS

탄소(Carbon)을 잡아서(Capture) 활용(Utilization) 하거나 저장(Storage)하는 기술을 뜻한다. 이산화탄소를 모아 시멘트, 비료 만들 때 사용하거나, 지하 800m 이상 깊은 땅속에 가둘 때 쓴다. 이미 상용화된 기술로, 전 세계 진행되고 있는 프로젝트만 392개이며, 국제 에너지기구(IEA)는 2050년까지 탄소배출량을 줄이는 노력의 15%를 CCUS가 담당할 것으로 예상한다.

핑크수소

원자력에서 얻은 전기로 물을 전기분해해서 만든 수소다. 원자력 발전 과정에서 나오는 열이나 냉각수도 함께 이용하면 비용은 낮추고 효율은 높여서 경제적으로 청정 수소를 만들 수 있다.

• 레드 수소: 원자역의 열을 이용해서 만든다
• 퍼플 수소: 원자력 열과 전기를 함께 이용한다.

그린수소

태양광이나 풍력과 같은 재생에너지원에서 얻은 전기로 물을 전기분해해서 만들기에 온실가스가 발생하지 않는다. 2024년도 기준까지 경제적, 기술적 한계로 인해 대량 생산이 불가능하다.

화이트 수소

자연적으로 지하에서 발생하는 수소로, 인위적인 생산 과정이 필요 없다. 지질학적 활동이나 화학적 반응에 의해 지하에서 형성된 수소를 직접 채굴한다.
매우 희귀하며, 채굴 과정에서 환경에 미치는 영향이 적다. 따라서 ,자연 발생 수소의 양이 매우 제한적이어서 대량 생산에는 한계가 분명하다.

액화수소

액화수소는 기체 상태의 수소를 -253도 극저온 상태로 냉각해 액체 형태로 만든 것을 말합니다. 액화수소가 부각되는 이유는 장점이 많습니다.

장점

1. 저장, 운송 유리
   • 기체수소 대비 부피가 1/800 수준이라 한 번에 10배나 많이 옮기고 저장이 가능하다
2. 빠른 충전
   • 충전시간이 전기차보다 훨씬 짧아서 수소버스, 수소트럭 등 큰 차도 빠르게 충전이 가능하다

따라서, 그래서 액화수소가 운송수단의 미래 에너지원으로 주목받는 것입니다. 수소차는 탄소배출이 전혀 없는 것은 다연하고, 오히려 대기를 정화시키는 효과가 있습니다. 수소버스 1대가 1년에 418톤의 공기를 정화한다고 합니다.

폭탄?

수소 에너지로 사용하는 수소는 경수소입니다. 수소폭탄은 중수소, 삼중수소로 전혀 다른 물질입니다. 오히려 수소는 안전한 에너지로 꼽히고 있습니다. 수소의 위험도를 1로 봤을 때, 일상에서 많이 쓰는 가솔린이 1.44, LPG는 1.2로 수소가 다른 에너지보다 안전하다는 연구결과도 있습니다. 게다가 우리나라는 수소 안전 관련 법을 꼼꼼하게 만들어서 세계 최고 수준의 안정성 확보를 위해 노력하고 있습니다.

더불어, 수소를 운반할 때는, 대기압 수준에서 보관 및 운반 하기 때문에 폭발할 가능성이 아주 낮습니다. 이런 액화수소를 만드는 곳을 '액화수소 플랜트'라고 합니다.

액화수소 플랜트

SK E&S가 지난 8월 인천에 연간 최대 3만톤의 액화수소를 생산할 수 있는 플랜트를 준공했습니다. 수소버스 5000대를 1년 동안 운행할 수 있는 용량이라는 조사결과도 있습니다.

국가별 정책

미국

대규모 청정수소 공급망 구축을 통한 에너지 리더십 강화

EU

에너지자립, 탄소중립을 위한 수소에너지 산업전반 확대

그외 다수 국가 수소 에너지 확대 예정