수소경제는 수소를 수송 연료나 난방 연료로 활용해 휘발유나 천연가스 같은 화석연료를 대체하려는 구상이다. 수소는 연소해 열을 내거나 연료전지에서 공기와 반응해 전기를 만들 때 부산물로 물을 낸다.[7] 이런 활용은 연료전지를 통한 전기 생산뿐 아니라 수송과 산업 공정에도 이어진다.[4][7]
1. 개요
2. 수소 생산 방식과 탄소 배출
대표적인 생산 방식은 화석연료 개질, 산업 공정에서 나오는 부생수소의 분리·정제, 그리고 물의 전기분해인 수전해다. 개질은 천연가스의 메탄 등을 고온·고압에서 수증기와 반응시키며, 부생수소는 석유화학이나 제철 공정의 부산물에서 얻는다.[4]
화석연료 개질은 생산비가 낮고 대량생산이 가능하지만, 생산 과정에서 탄소를 배출한다. 부생수소도 추가 설비 투자가 적고 생산비가 낮은 장점이 있으나, 생산량이 제한적이며 공정 부산물에 포함된 탄소 배출이 따른다.[4]
수전해는 재생에너지 전력으로 물을 분해해 수소를 생산하며, 이때 생산 과정에서 탄소를 배출하지 않는 것이 장점이다. 다만 생산비가 높다. 한편 수소를 연료전지로 바꾸는 과정에도 손실이 있어, 전기분해에 투입한 전력의 약 절반만 전기로 돌아오고 나머지는 열로 손실된다는 설명도 제시되어 있다.[4][7]
3. 저장과 운송
수소는 기체, 액체, 화합물 형태로 저장할 수 있고, 선택한 형태에 따라 운송 방식도 달라진다. 현재 널리 쓰이는 방식은 기체 수소를 압축해 저장하고 운송하는 것이며, 충전소 공급에는 튜브트레일러가 많이 활용된다.[4][5]
수소는 부피당 에너지 밀도가 낮아 장거리·대량 운송에는 고압 압축이나 극저온 액화, 암모니아 또는 액상 유기 화합물 같은 운반 방식이 검토된다. 해외 조달에서는 액화수소나 암모니아가 장거리 대량 운송에 경제성이 유리한 방식으로 소개된다.[6]
일본에서는 액화수소 운반선 실증이 진행됐다. 2021년 실증에서 액화수소 운반선은 호주에서 고베항까지 약 9,000km를 항해해 액화수소를 공급했으며, 운송 중 기화를 줄이기 위한 진공 단열 기술이 사용됐다.[6]
4. 유통과 충전 인프라
생산된 수소는 발전소 같은 최종 활용처로 바로 공급되거나 수소충전소로 운반된다. 튜브트레일러로 공급된 수소는 충전소에서 압축과 냉각을 거쳐 저장되고, 디스펜서를 통해 차량으로 전달된다.[5]
충전소는 외부에서 수소를 공급받는 방식과 현장에서 생산하는 방식으로 나뉜다. 외부 공급 방식 가운데 파이프라인은 대량의 수소를 안정적으로 운반할 수 있지만 생산지와 충전소를 연결하는 설비에 초기 투자비가 든다.[5]
튜브트레일러 방식은 현재 국내 충전소에서 널리 쓰이며, 운송 설비 구축 비용 대신 운송비가 발생한다. 현장 생산 방식은 천연가스 개질이나 수전해 설비를 충전소에 두는 형태로, 생산 설비 구축 비용이 필요하다.[5]
5. 주요 활용 분야
수소는 연료전지에서 전기로 전환되어 차량과 발전에 쓰일 수 있다. 수소차는 짧은 충전 시간과 긴 주행 가능 거리가 장점으로 언급되며, 버스와 중대형 트럭 같은 대형 상용차가 주요 적용 분야로 제시된다.[5][7]
수소 활용은 수송을 넘어 대규모 발전과 철강·석유화학 공정의 탈탄소화로 확대될 전망이다. 수소는 이미 석유화학·정유·반도체·식품 등 여러 산업에서 사용되어 왔으며, 발전 연료나 화학 산업 원료로도 활용될 수 있다.[4][5][7]
수소는 바람이나 태양광처럼 공급이 변동하는 재생에너지의 저장 수단으로도 거론된다. 전력 수요가 낮을 때 남는 전력으로 수소를 생산하고 저장하는 구상은 에너지 저장의 한 방식이며, 난방 연료로 활용하는 방안도 제시되어 있다.[7]
6. 관련 문서
- 연료전지
- 수소 생산
- 수소 저장·운송
- 수소충전소