대체에너지 XI, 수소에너지 2부

미래의 석유 수소에너지

에너지전환의장기적인성공과기후보호를위해화석연료를대신하는에너지는필수이다. 여러 가지 대체에너지안가운데수소는다재다능한에너지연료로서핵심적인역할을할것이다. 기후친화적인방식으로생산된수소는높은에너지효율성으로 신재생에너지전기를직접사용하는것보다그전기를이용하여만들어낸다. 특히수소는전기를만들며, 산업및운송분야에에너지를공습하여 CO2배출량을크게줄일수있는새로운신재생에너지이다.

녹색 수소는 미래의 석유이다. 수소 에너지원은 에너지 전환에 필수적이며 새로운 시장을 개척한다. 이미지 자료는 독일 연방 교육, 연구부에서 가져옴.

https://www.bmbf.de/bmbf/shareddocs/kurzmeldungen/de/wissenswertes-zu-gruenem-wasserstoff.html

독일의 국가적 수소 전략 산업에서 직접적인 기후 보호를 위한 정책 기후 정책 측면 외에도 수소 기술은 미래에 많은 지속 가능한 일자리를 보장하며, 새로운 가치 창출 잠재력 및 수십억 달러 가치의 글로벌 시장을 가진다. 독일에 관련 기업들은 이미 이 분야에서 연료 전지 및 녹색 수소 생산을 위한 전기분해 분야에서 매우 유리한 위치를 점유하고 있다. 독일은 이러한 장점을 가진 기술에서 세계적인 선구자 역할을 목표로 꾸준히 투자하고 있다. 따라서 정부는 범국가적인 수소 전략을 세웠으며 이를 지속적으로 개발할 실행 계획으로 뒷받침하고 있다. 연방은 2020년 6월 10일 국가 수소 전략을 승인하였으며 전략의 일관된 구현과 추가 개발을 위해 유연하고 결과 지향적인 거버넌스 구조가 만들어질 것을 만들어 실현하고 있다. 연방은 이미 2020년 7월에 국가수소위원회 설립을 위한 작업을 마련하였으며 이제는 2021년 7월 1일로 수소위원회를 공식적으로 설립하여 본격적인 사업을 추진하고 있다. 에너지를 생성하는 수소는 석탄이나 석유처럼 추출하는 물질이 아니다. 다른 화합물에서 생산할 수 있기 때문데 이것은 전기와 유사한 2차 에너지원으로 구분한다. 수소를 만드는 화합물로는 물이다. 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자가 함께 물을 형성한다. 하지만 수소는 다른 많은 물질에서도 포함이 되어있다. 탄소 외에도 유기 화합물에는 일반적으로 수소도 포함되어 있는데, 이것의 예는 1개의 탄소 원자와 4개의 수소 원자로 구성된 천연가스의 주성분인 메탄이다. 식물은 탄소, 수소 및 산소를 포함하는 유기 화합물로 구성된다. 유기 폐기물, 식물 폐기물, 잔류 목재 또는 유채 또는 특수 풀과 같이 특별히 재배된 식물(일반적으로 바이오매스)은 대부분의 탄소, 수소 및 산소로 구성되어있다. 수소는 어떠한 물질인지에 관계없이 제조 공정을 통해 얻을 수 있다. 이러한 공정은 에너지를 필요로 한다. 수소를 사용하는 이점은 그것을 생성하기 위하여 필요한 에너지가 반드시 화석 연료에서 나올 필요없이 우리 주변 손 쉬운 곳에서 얻을 수 있는 신재생에너지의 풍력 에너지, 태양 에너지 또는 수력 에너지이다. 수소 생산은 실제로 새로운 것은 아니다. 현재 전 세계적으로 5000억 입방미터 이상의 수소가 생산, 저장, 운송 및 사용되고 있으며 이것은 주로 화학 및 석유 화학 산업에서 발생하고 있다. 친환경적인, 지구의 온난화에 해가 되지않는 방식으로 수소 생성을 하여야 하며 그러한 수소의 생성은 아래의 몇가지 예로 구분된다. 전기분해를 이용한 수소 생산 신재생에너지를 기반으로 하는 에너지 산업에서 '전력'은 중요한 에너지원이 될 것이다. 수력 발전, 풍력 에너지 및 태양광 발전은 직접 전기를 생산하며 바이오매스와 바이오가스로부터 전기를 생산하는 것도 규제상의 이유로 유용한 추가 요소가 될 수 있다. 신재생에너지 전기를 수요자들이 직접 사용하는 것이 가장 합리적이지만 신재생 전기를 수소를 만드는 에너지원으로의 사용함이 더 많은 전기량을 만들어 우세하기 때문에 수요와 공급 간의 편차를 보완할 수 있는 저장 장치가 필요하다. 신재생에너지는 전기 생산으로는 유리하나 차량의 연료로서의 문제는 해결되지 않았다. 하지만 수소는 이 두가지의 문제를 다 해결한다. 전기에너지로 바꿀 수 있으며, 차량의 에너지원으로 사용하려면 전기를 저장이 가능한 수소로 만들어져야 한다. 이 가능성은 전기의 분해로 가능하여진다. 인류는 물의 전기분해를 80년 이상 동안 알칼리 전기분해로 하여 상업적으로 사용하였다. 화학을 통한 수소 생산 전 세계적으로 변환되는 약 5000억 입방미터의 수소 중 대다수는 화석 에너지원(천연 가스, 원유)에서 나오거나 화학 공정에서 수소의 부산물로 화학 산업에서 생산된다. 염소-알칼리 전기분해 및 원유 정제 공정에서 특히 많은 양의 수소가 생성되고 있다. 전체적으로, 부산물로서의 수소 생산은 전 세계적으로 약 1900억 입방미터에 달하고 있다. 바이오매스에서의 수소생산 바이오매스로부터 수소를 직접 생산하는 공정은 오늘날 이미 기술적으로 실현 가능하다. 석유화학 용도 외에 에너지 운반체로서의 수소에 대한 상업적 시장이 없기 때문에 가스화 플랜트는 순수한 수소 생산을 위해 건설되지 않는다. 대신, 가스화 플랜트의 수소가 풍부한 합성 가스는 과잉 열과 함께 판매하기 위해 가스 엔진에서 직접 전기로 변환된다. 발효의 바이오가스에도 동일하게 적용된다. 현재 상업적으로 사용하기 위해서는 바이오매스의 수소가 천연가스의 수소와 경쟁적이지 않을 것으로 보이나 바이오매스 수소가 차량 연료로 사용된다면 2세대 액체 바이오연료(예: BTL)만큼 경쟁력이 있을 것이다. 고체 바이오매스(예: 목재 또는 건조 폐기물 바이오매스)에서 가스화를 통한 수소 생성 방법, 리그닌 함량이 낮은 습식 바이오매스 발효 및 생물학적 수소 생성 방법은 구별되어진다. 이와 같이수소를 추출하는 프로세스가 있으나 그 가운데 가장 친환경적인 전기분해의 방식이 현 인류가 가지고 있는 문제를 해결하는 가장 적합한 방식이다. 그러면 다시 독일 연방에서 추진하고 있는 수소 사업분야를 보면, 위에서 소개한 독일 연방 정부는 지난 해 2020년 국가 수소 전략을 결정하였다. 그것은 녹색 수소를 시장성 있게 만들고 산업적 생산, 수송성 및 다방면의 사용성을 가능하게 해야 한다. 이들이 여러가지의 수소를 색으로 부분하여 사용하는데 그 가운데 독일 정부는 녹색수소를 이야기하며 여기에서 녹색수소의 정의를 보면, 일반적으로 수소는 항상 무색 기체이며 수소 생성의 원산지에 따라 이름의 색상이 다르다. 회색 수소는 화석 연료에서 얻는다. 일반적으로 천연 가스는 생산 과정에서 열에 의해 수소와 이산화탄소(CO2)로 분해되며, 다음으로 CO2는 사용되지 않은 대기로 방출되어 지구 온실 효과를 만드는 주범이다. 수소 1톤을 생산하면 약 10톤의 CO2가 생성된다. 청색수소는 회색수소이지만 CO2가 생성될 때 포집되어 저장되는 방식이다(Carbon Capture and Storage, CCS). 수소 생산 과정에서 발생하는 CO2는 대기 중으로 배출되지 않기 때문에 수소 생산은 CO2중립이라고 볼 수 있다. 녹색 수소는물을 전기분해하여 생산하는 것으로 신재생에너지의 전기만을 전기분해에 사용한다. 이러한 전기분해를 통한 수소 생산은 CO2가 없다. 이 방식에 사용되는 전기는 100% 재생 가능한 자원이므로 1차에너지에서도 Co2 는 없다. 청록색 수소는 메탄의 열분해를 통해 생성된 수소이다. CO2 대신 고체 탄소가 생성된다. 공정의 CO2 중립성을 위한 전제 조건은 탄소의 영구 결합뿐만 아니라 재생 가능한 에너지원에서 고온 원자로의 열 공급이다. 여기서 보았듯이 오직 녹색 수소만이 기후 친화적이다. 화석 원료 없이 녹색 수소만 생산할 수 있기 때문이며 배출되는 CO2가 없다. 회색, 청색 또는 청록색 수소에 사용되는 천연 가스는 촉진되어야 하며 이것은 CO2보다 기후에 약 25배 더 유해한 소량의 메탄(CH4)이 빠져나가기 때문에 상당한 배출량을 생성한다. 기존(회색) 수소의 경우 천연 가스를 분해하는 동안 수소 1톤당 약 10톤의 CO2가 폐기물로 생성되며, 청색 수소의 경우 이 CO2는 포집되어 대부분 지하에 저장된다. 이러한 저장에는 위험과 높은 비용이 수반되며 독일에서는 이 방식을 사용하지 않는다. 독일 연방자원부에서는 새로운 수소 정책을 만들어 일반시민들에게 수소의 기후친화적인 미래의 에너지 부분을 각종정보를 통하여 안내하고 있다. 독일 정부가 적극적으로 지원하면서 만들어 실행하는 이 정책의 기초가 되는 수소관련된 정보들을 몇편을 통하여 소개를 한다. 박동수