수소에너지의 가능성

수소에너지는 궁극의 에너지원이라는 얘기도 있고, 배터리 산업을 보면 정말 수소에너지가 대안이 될까 갸우뚱하기도 한다.

우선 그린피스에서 이야기하는 재생가능에너지부터 시작하자.

독일은 2035년까지 55~60%의 에너지를 재생가능에너지로,

프랑스는 2030년까지 40%의 에너지를 재생가능에너지로 충당한다고 한다. (그외 여러 나라들도...)

도시 차원에서는, 덴마크의 코펜하겐이 2025년까지 100%, 호주 시드니, 스웨덴의 말뫼와 미국의 샌프란시스코가 2030년까지 100%를 달성하겠다고 한다. (프랑크푸르트 2050년, 캘리포니아 2045년, ...)

며칠간이라도 100%에 가깝게 재생가능한 에너지로 공급했던 국가들로는 포르투갈, 독일, 덴마크 등이 있다고 한다.

인류사회의 진보를 이끌었던 화석연료(석탄, 석유, 천연가스)는

양이 한정되어 언젠가는 고갈될 수 밖에 없을거라는 배경에서도 대체 에너지원을 발굴해야 하는 상황이고,

지구온난화의 주범으로 간주되어 존속 가능한 지구 생태계를 유지하기 위해서도 빠른 시일 내에 탄소 배출을 줄이고,

대체 에너지 비율을 올려야 한다는 상황에 처해 있다.

지구온난화에 대한 알려진 문제 제기는 1972년 로마클럽의 인간, 자원, 환경 문제에 대한 미래예측보고서가 있었고, 1997년 채택되고 2005년 발효된 기후 변화에 관한 국제 연합 규약의 교토 의정서(Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change)가 있었다.

교토 의정서 내용 중에서 제일 유명한 것은 배출권 거래제도(Emission Trading, ET)로, 이는 국가나 기업마다 설정된 온실가스 배출 허용치에 대해 목표 이상의 삭감을 실현한 기업 및 국가와 허용치를 넘은 기업 및 국가가 서로의 배출권을 거래하는 제도이다.

화석연료를 대체하기 위한 에너지 발굴에 수십년간 인류가 노력해왔으나, 아직 가성비는 만족할 만한 수준에 이르지는 못하고 있다고 한다.

대체에너지는 아래 세가지 범주로 분류되는데

자연에너지 기반의 태양광/태양열, 풍력, 지열, 조력

생물에너지 기반의 바이오매스, 바이오에탄올, 바이오 디젤

기타로 수소, 원자력이 있다.

우리나라는 신재생에너지라는 용어를 쓴다.

신에너지 및 재생에너지 개발ㆍ이용ㆍ보급 촉진법 제2조 제1호, 제2호, 같은 법 시행령 제2조틀 통해 대체에너지를 신에너지와 재생에너지로 구분하면서 다음과 같이 열거했다.

신에너지 – 수소에너지, 연료전지, 석탄을 액화/가스화한 에너지 및 중질잔사유를 가스화한 에너지

재생에너지 – 태양에너지, 풍력, 수력, 해양에너지, 지열에너지, 생물자원을 변환시켜 이용하는 바이오에너지, 폐기물에너지, 수열에너지

 

한국의 그린피스는 신에너지에 재생 가능하지 않은 에너지원인 '화석연료를 변환한 에너지'가 포함되어 있고, 이는 각종 대기 오염 물질과 온실가스를 배출하고 있다고 보고 있으며,

재생에너지에도 여전히 대기 오염 물질과 온실가스를 배출하는 폐기물에너지가 포함되어 있어 국제 기준에 부합하지 않는다고 지적한다.

정부 발표 기준으로, 2016년 우리나라의 총 발전량은 561,826GWH이며, 이중 신재생에너지 발전량은 40,656GWH로 7.2%를 차지한다고 하는데 그린피스 기준으로 재생가능에너지만 따지면 1.6% 수준이라고 한다.

 

정부는 2030년까지 발전 비율 20%를 신재생에너지로 공급하겠다는 계획을 발표했는데, 재생에너지 설비용량(누적)은 2016년 13.3GW에서 2030년 63.8GW까지 확대될 예정이고, 신규 설비 용량(48.7GW)의 95% 이상을 태양광·풍력 등의 재생에너지로 공급하게 된다.

재생가능에너지의 경우, 아직 확고한 대체 에너지가 되기에 많은 어려움이 있는데

우선 기상 조건에 따라 발전량이 영향을 받고, 일시에 발전이 집중되는 문제가 있다.

이를 해결하기 위한 방식으로 Energy Storage System(ESS; 에너지 저장장치)이 떠오르고 있다.

 

전문가들은 에너지(전력) 저장 방법에는 양수발전, 이차전지 등이 있지만 대용량의 재생에너지를 장기간 저장·이용하기 위해서는 수소에너지 활용이 효과적이라고 한다.

양수발전은 전력수요가 낮은 시간대에 생산된 전력으로 하부저수지의 물을 상부저수지로 끌려 올린 뒤 급작스러운 전력수요 변동이나 전력수요가 높은 시간대에 낙하시켜 전력을 생산하는 발전전원으로, 기동시간이 5분 이내인데다 1분 내 최대출력에 도달할 수 있는 기동력을 보유하고 있는 점은 양수발전의 가장 큰 장점 중 하나이다. 반면 설치 지역의 한계, 낮은 변환 효율, 환경 파괴 등의 문제점이 있다.

이차전지는 주파수 조정용과 재생에너지저장용으로 대규모로 보급되고 있지만 저장 용량 및 장기간 저장에 한계가 따른다.

10시간 이내, 10MWh 이하 소규모 저장에 적합하다. 1MWh 기준 ESS 설치비용은 5억원대라고 하고, ESS 누적 설치량도 900MWh 규모로 늘었다고 한다.

수소에너지 활용은 재생가능에너지로 생산된 전기 가운데 남는 전기로 물을 전기분해해 수소를 생산·저장하고 필요 시 연료전지로 발전하는 방법인데, 이 방법이 에너지의 대용량·장기 저장과 사용측면에서 합리적이라고 한다. 재생에너지의 발전 비중이 증가해도 전력계통에 큰 문제를 발생시키지 않으면서 잉여전력의 활용도를 높일 수 있다는 장점이 있다고 한다.

1GWh~1TWh의 대용량을 장기간(1~1,000시간) 저장할 수 있다고 한다.

재생에너지 비율 1%대.

그럼에도 몇년 전에 비하면 대체 에너지가 그래도 가깝게 와 있다.

요즘 아파트에도 태양발전을 위한 패널들이 많이 설치되고 있으니...

안내글을 읽어보니 태양전지패널과 인버터를 설치하고 있었다.

하지만, 수소까지 가는 길은 아직은 멀어보인다.

1GWh나 1TWh의 전기를 저장할만한 재생가능에너지 시설이 얼마나 있을까?

그럼에도, 재생가능에너지의 확대는 예정된 길이고, 어느 순간 변곡점을 지나게 되면

수소 사회가 불현듯 나타날 수도 있을 것 같다. 아직은 머리속에서 말이다.