대체에너지 XI, 수소에너지 1부

수소에너지 1부

„오늘 우리는 독일이 수소 기술 분야에서 세계 1위가 되기 위한 과정을 설정해야 합니다“. 라고 Peter Altmaier, 독일 연방 경제 에너지 장관은 수소의 중요성과 독일이 선도적임을 알렸다.

필자는 오래전 부터 지구의 온난화를 경고하는 전문가들의 소리에 귀기울였으며, 지구환경보호에 매우 깊은 관심을 가지고 있다. 독일내에서 각 산업과 정책들을 들으면서 이들이 가지는 정치철학과 산업, 사회에서 중요한 내용들을 쉽게 접할 수 있는 기회를 가진다. 만나는 전문가들과의 자리에서 사용되는 언어, 즉 전문적 용어와 개념들로 오는 문제점들을 사전에 연구하고 조사하기를 게을리하지 않았다. 결국 낯설고 모르는 낱말들과 전문용어들을 대충알고 정책이나 프로젝트들의 개념을 파악하여 나눈 대화들은 인류가 당면한 문제들이며, 지구가 안고있는 환경적인 문제들이다.

독일은 이미 수십년전 부터 지구의 온난화를 경고하고 환경적인 산업과 사회를 만들려는 정책들은 시작하였다. 이제는 분명한 연구결과, 분석등으로 확실한 목적을 가지고 움직인다. 정책자들은 전문가들과 긴 시간 토론에 결과를 분석하여 환경적인 정책을 만들어 내놓고 산업과 사회에 적용하면서 길고 긴 에너지 정책을 만들어 실행하고 있다. 독일의 탈원전, 탈화석에너지 등의 정책들은 우리에게 이미 잘 알려진 내용이다. 독일이 추구하는 신재생에너지 분야 또한 국제적으로 모범이 되면서 알려진 정책이다.

이들의 그러한 정책 가운데 손꼽히는 미래지향적인 정책, 프로그램들은 소개하려하며 그 가운데 가장 눈에 띄는 사업이 이 수소사업이다. 몇편으로 나누어 소개하려하며 지금 연방에서 구체적 사업계획을 가지고 실행하는 정책이여선 앞뒤 정리가 잘 안된면이 있다. 조리있는 구성이나 구체적 설명이 빠지는 경우가 있다. 하지만 에너지문제를 친환경적으로, 지구온난화 방지 면에서 어떻게 풀어야 하는가에 중점적으로 맞추어 조금은 두서가 없는 이야기를 시작 한다.

독일 국가수소전략 가운데 가장 핵심이 되는 수소를 만들기위한 전기 에너지 그리고 수소를 이동시키는 인플라이다. 화석에너지가 아닌 재생에너지에서 수소를 생성하기 위해서 독일은 북쪽 바닷가, 중부와 북에 몰린 신재생에너지 발전설비로 인하여 재생에너지의 전기를 받아 수소를 생성하는 설비들이 북에 몰려있다. 이러한 수소를 전국에 골고루 이송하여야 하는 지도이다. 좌에 녹색라인은 이미 천연가스를 보내던 파이프라인 설비이며 우측에 그림은 새롭게 설비하여야 하는 파이프라인이다. 

국가 수소 전략은 수소의 미래 세대, 수송 및 사용을 위한 일관된 프레임워크를 형성하고 그에 따른 혁신과 투자를 위한 것이다. 이는 수소 기술의 시장 확대를 위한 필수적인 초석임을 기초로 한다. 이 시장 확대는 수소 기술 및 시스템에 대한 "IPCEI, Important Projects of Common European Interest, 유럽 공동 관심사의 중요 프로젝트"프레임워크 내에서 유럽 수준에서 촉진될 것을 말한다.

IPCEI는 정부 예산지원을 받는 유럽 기업들과 협력하여 공동 투자를 진행하는 사업이다. 2020년 연방 정부의 경기 부양 패키지와 주 예산으로 총 수십억 유로가 녹색 수소 생산 촉진과 수소 인프라 그리고 산업 및 이동성 분야의 수소 사용에 사용될 예정이다. 2021년 2월 19일에 종료된 수소관련 프로젝트에서 독일 전역에서 수소 기술 및 관련시스템에 가능한 프로젝트들이 약 200개의 스케치로 제출되었다. 이 전체의 프로젝트들은 국가차원의 심사를 받은 후 적격 프로젝트를 사전 선정되며 다른 유럽 프로젝트와 네트워킹을 하여 더 심도있는 발전을 꾀한다.

에너지 전환의 가장 현실적인 실험

Die Reallabore der Energiewende, 에너지 전환의 현실적실험의 과제는 연방 정부의 7차 에너지 연구 프로그램의 일부이다. 프로그램의 일환으로 연방 정부는 에너지 전환을 위한 새로운 기술과 솔루션을 개발하고 실제 조건과 산업 규모에서 구현하는 기업 및 연구 기관을 지원하고 있다.

수소 생산과 같은 혁신적인 기술과 공정이 이러한 방식으로 처음으로 실제 테스트되고 있는 중이다. 현 실험실에서 선택된 연구 컨소시엄들은 나중에 독일 전역에서 사용할 수 있는 귀중한 경험을 얻을 수 있을 것으로 예상한다. 기술 개발과 시장 침투 사이의 연결 고리로서 실제 실험은 연구에서 시장으로의 이전을 촉진하고 있다. 이러한 새로운 에너지 기술은 시장 성숙도에 더 빨리 도달하고 조속한 에너지 전환으로 촉진된다.

수소 연구 네트워크

2020년 9월 30일, 수소 연구를 위한 네트워크는 1,000명 이상의 전문가들 회원과 함께 작업을 시작하였다. 국가 수소 전략의 한 요소인 수소연구 네트워크는 응용 프로그램 근접성과 실질적인 이전에 중점을 둔 수소 부문의 연구 및 혁신 정책을 위한 중요한 원동력이다. 수소 연구 네트워크는 7차 에너지 연구 프로그램의 일환으로 연방 경제 에너지부(BMWi)에서 예산을 지원한다. 그리고 연방 교통및 디지털부(BMVI) 및 교육 및 연구부(BMBF)는 수소 주제의 부서 간 중요성 때문에 관련되어 연결하여 일하고 있다.

수소 및 연료 전지 기술을 위한 국가 혁신 프로그램

연방 경제부의 연료 전지 및 수소 기술 연구 개발 예산은 "수소 및 연료 전지 기술을 위한 국가 혁신 프로그램"에 포함되어 있다. 2025년까지 운영되는 이 프로그램의 목표는 에너지시장에 진입할 때 혁신을 지원하고 아직 미래 애플리케이션을 위해 시장화할 수 없는 혁신을 장려하여 더욱 발전시키는 목적을 가지고 있다.

수소 전략의 중요한 요소는 섹터 커플링으로 알려졌다. 전기와 열, 운송 부문 및 산업들로 분리된 섹터들을 보다 밀접하게 연결하고 네트워크화하는 역할을 이야기 한다. 수소는 전기와 가스 사이의 중심 결합 요소로서 특별한 역할을 한다.

섹터 커플링은 몇 가지 큰 이점을 제공하는데 이는 재생 에너지의 전기를 전기화하기 어려운 많은 산업 분야에서도 간접적으로 사용할 수 있음을 의미한다. 이러한 방식으로 모든 부문에서 재생 에너지의 도움으로 CO2 배출량을 줄일 수 있다.

또 다른 장점은 효율성 향상을 통해 에너지 소비를 전반적으로 줄일 수 있다는 것이다. 이 모든 것이 온실 가스 배출을 줄여 기후를 보호하는 역할을 한다. 또한 전기 에너지에 대한 수요를 훨씬 더 유연하게 설계할 수 있으므로 풍력, 태양 그리고 바이오매스 같은 신재생 에너지들이 가지는 공급의 변동에 균형을 맞출 수 있다.

교통의 추가 옵션

특히 배터리 구동 드라이브 솔루션이 기술적으로 타당하지 않은 운송의 분야에서 여전히 기체 또는 액체 연료에 의존하게 되는 단점에서 수소는 미래의 대안이다. 연료 전지 차량의 도입은 지역 대중 교통(버스, 기차), 대형 도로 교통(트럭) 또는 물류(지게차, 산업용 트럭)에서 전기 이동성을 보완하고 CO2 및 기타 대기 오염 물질의 배출을 크게 줄일 수 있으며 승용차 부문에서 연료 전지는 장거리 여행에 사용할 가능성이 높아지고 있다.

난방의 혁신

연료 전지 기술은 난방 영역에서 녹색 수소의 사용을 가능하게 한다. 수소 및 연료 전지 기술(NIP) 프로그램을 통해 연방 경제부는 개인 주거용 건물, 중소기업 및 지방 당국에 난방 시스템 설치를 장려하고 있다.

• Brennstoffzelle, 연료전지(fuel cell)란 연료가 가진 화학 에너지를 전기화학반응을 통해 직접 전기에너지로 바꾸는 에너지 변환 장치로서, 배터리와는 달리 연료가 공급되는 한 재충전 없이 계속해서 전기를 생산할 수 있고, 반응 중 발생된 열은 온수 생산에 이용되어 급탕 및 난방으로 가능하다.

수소는 미래에 어떠한 잠재력을 가지고 있는가?

대규모 발전 플랜트로 비용 절감을 가진다. 독일 산업계는 이미 수소 생산 및 처리에 대한 광범위한 노하우를 보유하고 있다. 그러나 CO2가 없는 수소, 즉 재생 가능 에너지의 생산은 아직 경제적이지 않는 실정이다. 개발을 진행하고 비용 절감을 달성하기 위해 환경친화적인 발전 플랜트는 산업적 규모로 건설되어야 하며, 판매 시장이 크게 성장하는 CO2가 없는 수소 생산에서 상응하는 규모가 달성되어야 한다.

500만 이상의 일자리

이 모든 것은 에너지 정책과 기후보호 목표 달성 측면에서 매우 중요할 뿐만 아니라 중장기적으로는 약 10억 달러 규모의 시장, 새로운 가치 창출 잠재력 및 많은 지속 가능한 일자리를 보장한다. 유럽의 한 연구에 따르면 2050년까지 수소 산업은 유럽 전역에서 540만 개 이상의 일자리와 연간 8000억 유로의 매출을 창출할 수 있을 것으로 추산하고 있다.

유럽 ​​및 글로벌 협력

유럽은 가스 에너지원의 안전하고 지속 가능한 공급에 중요한 관심을 가지고 있으며 그들의 탈탄소화 잠재력을 활용하기로 결정하였다. 이에 따라 독일 연방정부는 2020년 6월 10일 국가 수소 전략을 결정하였으며EU는 이러한 수소관련 전략을 집행위원회에서 2020년 7월 8일에 결정하였다.

독일 EU 이사회 의장직 동안, 특히 재생 가능한 소스로부터 수소에 대한 미래 내부 시장의 프레임워크(Pramework)가 어떤 모습일 수 있는지 탐구하였다. 초점은 수소에 대한 유럽내부 시장의 개발을 위해 어떤 과정을 설정해야 하고 그것이 국가 및 유럽 기반 시설에 무엇을 의미하는지에 대한 질문이다. 적절한 프레임워크 조건 외에도 국제 협력은 경쟁력 있는 수소를 위한 글로벌 시장을 구축하기 위한 필수 전제 조건이다.

녹색 수소에대한 독일의 수요는 국내 생산만으로는 충족될 수 없기 때문이며 독일은 지금도 에너지의 주요 수입국이며 앞으로도 많은 양의 에너지를 수입하여야 한다. 이것이 바로 국가 간 국경을 넘는 공급망은 수소에 대해 매우 중요한 이유이다. 이를 위해 독일은 무엇보다도 기존의 양자간 에너지 파트너십과 대화를 활용하고 수소 분야에서 "IPCEI, Important Projects of Common European Interest, 유럽 공동 관심사의 중요 프로젝트" 내용에 의한 벨기에, 독일, 프랑스, ​​룩셈부르크, 네덜란드, 오스트리아 및 스위스 간의 지역 협력을 긴밀하게 발전시킬 것이다.

녹색 수소는 어떻게 소비자에게 전달되는가?

독일은 잠재적 수소 기반시설이 잘되어있으며 수송 인프라의 장점을 가지고 있다. 일부 가스 기반 시설은 천연가스 네트워크로 이미 존재하거나 일부분은 수소 에너지 전환으로 재건해야 한다. 독일 전반에 수소에너지의 인프라 요구 사항은 수소 에너지 생성지역 및 에너지의 소비되는 위치에 따라 다르다.

일차적으로 녹색 수소 에너지원의 생성은 신재생 에너지 발전소의 위치에서 만들어진다. 화석에너지가 아닌 재생에너지인 전기를 이용하여 만들어진 수소 및 합성탄화수소는 그 에너지가 필요한 지역으로 이동을 하여야 한다. 선박, 기차, 도로 그리고 파이프 라인이 그 이송인프라이다. 재생 가능한 에너지원은 다양한 운송의 방식을 요구한다. 독일 내이미 존재하고 있는 기존 천연 가스파이프라인 인프라는 합성 메탄의 전송 및 분배에 사용될 수 있다. 수소는 또한 기존 천연 가스 네트워크에 어느 정도 공급될 수 있다고 가정을 하지만 그러나 철강 산업의 로드 센터로 순수한 수소를 운송하려면 새로운 기반 시설을 설계하거나 기존 천연 가스 파이프라인을 리모델링해야 하는 문제는 가지고 있지만 새롭게 설비하는 비용보다는 절감이 된다.

박동수