수소연료전지 자체는 신기술이 아니다 수소가 문제다

각국에서 2차전지의 개발이 활발한 가운데 현재 친환경 에너지의 선두주자로 매김하고 있습니다. 그러나 2차전지는 지표면에서 채취할 수 있는 광물이 아주 제한적입니다. 그래서 화학계열이 비슷한 마그네슘, 나트륨 등으로도 연구가 진행중이지만 개발은 난항중입니다. 만약 2차전지의 광물의 공유가 제한되거나 소진되면 다시 화석연료의 시대로 돌아가야 할까요? 그래서 이번 포스팅에서는 궁극적 친환경 에너지인 수소연료전지에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

왜 수소인가

우리가 사용하고 있는 석탄, 석유, 가스와 같은 화석연료는 탄소화합물이 산화되면서 열을 발생시킵니다. 그러나 이 과정에서 물과 이산화탄소, 질산화합물 등이 생성되므로 대기를 오염시키는 주범이 됩니다. 이에 각국은 전통적인 굴뚝 산업을 규제하는 등 노력을 다하지만 여전히 내연기관을 달고 다니는 수십억대의 자동차나 냉난방을 위한 에너지를 화석연료에 의존하고 있습니다.

 

그래서 내연기관 자동차는 전기자동차로 점점 이동하는 추세이지만, 이 기술 역시 광물자원에 의존하기 때문에 다른 기술이 필요합니다. 그것이 바로 수소를 활용한 에너지입니다. 수소는 이 지구상에 가장 많은 연료입니다. 바로 바닷물이 이 지구상에서 가장 많은 영역을 차지하고 있기 때문입니다. 물은 즉 수소와 산소의 결합물인데 그 중 수소가 에너지 연료로써 주목받고 있습니다.

 

이미 수소는 우주개발시대에 로켓의 발사 원료로써 중요한 역할을 하고 있었습니다. 왜냐하면 화석연료는 우주선에서 치명적인 폐기물이 발생할 수 있는 위험이 있으므로 폐기물이 생산되지 않는 깨끗한 원료가 필요했습니다. 1960년대부터 미국과 소련은 수소연료전지에 있어서 가장 앞선 기술력을 보유합니다.

 

연료전지는 무엇인가

1차전지나 2차전지는 폐쇄적인 환경에서 내부 원료의 화학적인 반응으로 전기를 얻습니다. 그러나 연료전지는 말 그대로 연료가 필요한 전지입니다. 이 때 수소가 연료가 되면 우리가 잘 아는 수소연료전지가 되는 것입니다. 연료라고 해서 연소반응을 기대하는 것은 아닙니다. 전해액에서 전자를 교환하는 산화 및 환원 반응이 일어나면서 전기에너지와 물, 열이 발생합니다. 

 

이미 1839년에 영국의 그로브라는 물리학자가 수소연료전지를 개발했습니다. 그 원리 그대로 우주개발사업에 활용했으니 기술력은 고전적입니다. 관건은 수소연료전지 기술 자체가 아니라 바로 그 원료인 수소를 어떻게 추출해 내느냐 하는 점입니다.

 

 

수소를 추출하는 방법이 난제이다

현재까지 수소를 추출하기 위해서는 크게 세가지 방법으로 이뤄지고 있습니다.

 

1. LNG 천연가스나 석탄을 가스화시켜 추출
2. 바닷물 수전해
3. 부생 수소

 

1번의 경우 국내에서도 수소발전소를 설치하여 활용하고 있습니다. 부산그린에너지가 그 대표적인 예인데, LNG천연가스를 주원료로 하고 있으므로 완벽한 청정에너지는 아닙니다.

 

2번의 경우가 가장 이상적인 방법입니다. 담수화 과정에서 고압이 필요하여 많은 에너지가 소모되고 염소(독성)가 발생하여 비용이 많이 듭니다. 하지만 올해 2월 호주에서 담수화 과정을 생략하더라도 수소를 추출할 수 있는 기술을 개발하여 가스 발생없이 적은 비용으로 생산하는 것이 가능해졌습니다. 원가가 절감되면 이미 기술은 개발되어 있으므로 차량, 가정에 활용이 높아질 전망입니다.

 

3번의 경우 1번보다 재활용적이 측면에서 환영할 기술입니다. 주로 화학공장이나 제철소에서 부가적으로 발생하는 가스를 이용하여 수소를 추출합니다. 그러나 이 방식도 원료가 화석연료인만큼 청정에너지와는 거리가 있습니다.