[뒤처지는 수소경제]청정에너지 수소 '석유 안 나는 나라' 족쇄 벗는다

수소 생산 방식에 따라 4개 종류로 나뉘어
그레이 수소, 블루 수소, 그린 수소, 핑크 수소 등
'석유 한 방울 안 나는' 나라 족쇄 벗을 기회
국가가 생산, 운반, 저장 시설 투자할 때

편집자주지구 상에 가장 흔한 원소인 수소는 태울 때 물이 배출된다. 온실가스 배출이 없어 탄소중립 시대 새로운 에너지원으로 주목받고 있다. 세계 각국은 수소 경제를 육성하기 위한 노력이 이뤄지고 있다. 우리나라는 세계에서 가장 먼저 수소차를 개발하고 보급률 1위를 기록하고 있지만 아직도 갈 길이 멀다. 특히 새정부 들어서면서 수소 정책이 뒷걸음질 치는게 아니냐는 우려가 확산되고 있다. 이에 미래 에너지원으로 수소의 역할과 정책적 지원의 중요성을 짚어본다.

'석유 한 방울 안 나는 나라.'

1970년대부터 50년 동안 귀에 못이 박이도록 들은 이야기다. 에너지는 한국 경제에 걸린 족쇄였다. 그러나 상황이 달라질 조짐이 보인다. 한국 경제가 수소 에너지를 날개로 삼아 비상할 수도 있는 순간이 왔다. 대한민국은 수소차, 수소전지 분야 세계 1~2위를 다투고 있다. 그러나 생산, 운반, 저장 쪽에선 뒤져있다. 국가경쟁력 확보 차원에서 수소 에너지를 이해하고 관련 기술을 개발해야 한다는 지적이다.

수소는 우주의 75%를 차지하는 가장 흔한 원소다. 태양도 수소 원자들이 핵융합 반응으로 헬륨으로 변하면서 빛과 열을 낸다. 그만큼 쉽게 얻을 수 있고 연소 후 물 외에 다른 것이 남지 않아 미래 청정 에너지원으로 여겨지고 있다. 문제는 자연 상태에서 순수하게 존재하는 수소는 없다는 것이다. 대부분 물과 결합해 있거나 탄화수소 형태로 존재한다. 결국 수소를 얻기 위해선 분리 공정이 필수다.

제조 방법에 따라 수소를 그레이 수소, 블루 수소, 그린 수소, 핑크 수소 등으로 나눈다. 그레이 수소는 석유 화학 원료 나프타를 산업 공정에서 가공ㆍ활용하는 과정에서 배출되는 혼합 가스에서 뽑아내는 수소다. 천연가스(메탄)를 고온·고압의 수증기와 섞은 후 촉매 반응을 통해 분해해서 얻는 방식도 있다. 현재 가장 많이 쓰이고 가격도 싸다. 그러나 이산화탄소가 대량 발생해 탄소 중립과 거리가 멀다는 점이 치명적이다. 블루 수소는 그레이 수소와 방식이 같지만 이산화탄소를 포집ㆍ저장(CCS)해 탄소 배출량을 줄인 것이다.

촉매를 이용한 수전해 방식으로 수소를 생산하는 실험. 자료사진.

반면 전력을 이용해 물을 전기 분해(수전해)하는 방식으로 생산한 수소는 그린 수소, 핑크 수소로 불린다. 그린 수소는 태양광ㆍ풍력 등 신재생에너지로 생산한 전력으로 생산한다. 이산화탄소 배출이 없는 궁극의 청정에너지로 여겨진다. 다만 아직 신재생에너지 가격이 비싼 데다 촉매로 쓰이는 백금 등 귀금속이 고가다. 상용화를 위해선 인프라 조성과 기술 혁신을 통한 가격 경쟁력 확보가 필수다. 핑크 수소는 원자력 발전 잉여 전력과 열을 이용한다. 원전 본연의 문제(방사성 폐기물ㆍ사고 위험 등)를 제외하면 단가가 낮고 탄소 배출이 거의 없다.

현재 수소생산비용은 국제에너지기구(IEA) 기준 그레이 수소 1∼2.2달러/kg, 블루 수소 1.5∼3달러/kg, 그린 수소 3∼7.2달러/kg 정도다. 하지만 여기에 운송비와 보관 비용까지 포함하면 비용은 더 올라간다. 그러나 환경을 생각하면 다른 대안이 없다는 평가다. 게다가 화석연료는 계속 가격이 오르고 언젠가는 동이 난다.

다양한 에너지를 사용해 움직이는 자동차를 예를 들어보자. 자동차 각 모델별로 연비가 다르기 때문에 정확한 비교는 안 되지만 수소전기차의 연비 효율이 우수하다. 수소전기차는 내연기관 엔진 대신 연료전지 스택과 구동모터, 수소 저장 장치 등을 갖추고 있다. 수소와 산소의 화학 반응을 통해 생긴 전기를 통해 모터를 구동한다. 대표적 수소전기차 넥쏘의 연비는 복합 93.7~96.2km/kg다. LPG 차량 중에서는 르노코리아자동차의 'QM6 LPe'가 가장 높은 점유율을 차지하고 있다. 연비는 8.6~8.9km/ℓ다. 지난해 국내 전체 승용차 판매 1위를 차지한 기아 '쏘렌토'의 경우 가솔린 2.5 터보 모델의 연비가 10.3~11km/ℓ다.

지난 9일 기준 전국 평균 수소 가격은 1kg 당 9427원, LGP는 1ℓ 당 989.59원, 가솔린은 1ℓ당 1590.31원이다. 이를 기준으로 이들 자동차가 600km를 간다고 가정하면 수소가 가장 저렴하다. 넥쏘는 약 6.23kg이 필요하다. 금액으로는 5만8730원이다. QM6 LPe는 67.42ℓ가 필요하며 6만6718원, 쏘렌토는 54.55ℓ으로 8만6751원이다. 수소->LPG->가솔린 순으로 연비 효율이 우수하다. 1km로 따지면 넥쏘는 97.99원, QM6 LPe는 111.19원, 쏘렌토 가솔린 모델은 144.57원이다.

우리나라는 수소연료전지ㆍ모빌리티(수소차) 분야는 세계 최고 수준의 기술력을 가지고 있다는 평가를 받고 있다. 그러나 생산ㆍ운반ㆍ저장 분야는 취약하다. 지난해 9월 제주도에서 12.5MW급 수소 생산 시설 건설을 착수했을 뿐이고, 운반선ㆍ저장소 등도 걸음마 단계다. 미래를 위해 수소의 생산, 운반, 저장 모든 분야에 국가적으로 투자를 해야 할 시점이다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr
유현석 기자 guspower@asiae.co.kr