본문내용
1. 수소 산업에 대한 도시가스사의 대처방안
1.1. 서론
기후 변화 위기가 현실로 다가오면서 지속 가능한 발전을 위한 재생 에너지 사용이 지금 당장 인류가 해결해야 할 과제로 떠올랐다. 불과 몇 년 전만 하더라도 재생 에너지의 사용은 환경 오염을 줄이고 지구 온난화를 저지하기 위해서 노력하는 일부 지각 있는 사람들의 전유물로 여겨졌다면(예를 들어 전기 자동차를 타는 일이 의식적이고 선도적인 사람들의 전유물로 여겨졌었다.) 최근 들어서는 화석 연료를 재생 에너지로 전환하는 것이 국가와 기업, 개인이 모두 달려들어서 완수해야 하는 지상 과제처럼 여겨지고 있다. 실제로 (비록 선진국 중심이기는 하지만) 내연기관 자동차를 전기 자동차나 수소 자동차로 전환하기 위해서 정부는 기업을 압박하고 있고 국민들이 재생 에너지를 사용하는 자동차를 구입하도록 적극적으로 독려하고 있다. 우리나라에서도 지자체마다 금액에 차이는 있지만 모든 지자체가 전기 자동차 구매를 독려하기 위해서 보조금을 제공하고 있다. 전기 자동차에 대한 보조금은 매년 달라지는데, 올해(2023년)를 기준으로 승용 전기차에 대한 국고 보조금은 최대 680만 원이다. 최근에 전기 자동차가 워낙 대중화되다보니 많은 사람들이 재생 에너지를 사용하는 것을 떠올렸을 때 전기 자동차를 떠올리기 쉬운데 엄밀한 의미에서 전기 자동차는 그것을 주행하기 위해 필요한 에너지 자체는 화석연료처럼 매연이나 이산화탄소를 배출하지 않지만 자동차 주행에 필요한 에너지원인 전기를 만들기 위해서는 많은 에너지가 들고, 여기에는 다시 방대한 양의 화석연료가 소모된다는 점에서 기후 변화 위기를 해결하기 위한 궁극적인 해결책이라고 보기는 어렵다.
1.2. 수소 에너지에 대한 기본적 이해
1.2.1. 수소 에너지의 개념과 종류
수소 에너지의 개념과 종류는 다음과 같다.
수소 에너지는 수소를 연소시켜서 얻을 수 있는 에너지를 의미한다. 여기서 말하는 '연소'는 산화 반응의 일종으로, 화석연료를 연소하면 다량의 이산화탄소를 비롯한 온실가스가 방출되는 데 반해 수소를 연소하면 약간의 질소와 물만 배출되기 때문에 환경에 미치는 영향이 적은 편이다.
수소 에너지는 크게 3가지 종류로 구분된다. 첫째, 회색수소는 석유화학 공정의 부산물로 생기는 부생수소와 천연가스를 개량해서 만든 수소이다. 회색수소는 생산 과정에서 이산화탄소를 가장 많이 배출한다. 둘째, 블루 수소는 천연가스나 이산화탄소 포집설비를 이용해서 수소를 추출한 것으로, 회색수소보다 생산 과정에서의 탄소 배출량이 적다. 셋째, 그린 수소는 태양력, 태양광, 풍력 등 재생 에너지를 사용해서 물을 분해하여 생산한 수소로, 생산 과정에서 이산화탄소가 배출되지 않는 가장 친환경적인 수소이다."수소 에너지는 수소를 연소시켜서 얻을 수 있는 에너지이며, 크게 회색수소, 블루 수소, 그린 수소 등 3가지 종류로 구분된다. 회색수소는 화석연료 기반의 수소로 생산 과정에서 가장 많은 이산화탄소를 배출하고, 블루 수소와 그린 수소는 탄소 배출량이 상대적으로 적다. 특히 그린 수소는 재생 에너지를 사용하여 물을 분해해 생산하므로 가장 친환경적인 수소라고 할 수 있다."
1.2.2. 수소 에너지 생성 원리
연료전지란 연료를 사용해서 전기를 만들어내는 발전기의 일종으로 발전기에 수소를 연료로 넣으면 수소가 공기 중의 산소와 화학반응을 일으켜서 물과 전기에너지를 생성하게 된다. 수소 에너지는 엄밀한 의미에서는 이렇게 발생하는 전기에너지를 의미하며 물은 수소 에너지를 생성하는 과정에서 나오는 부산물인 셈이다.
이와 같이 수소 에너지는 연료 전지를 통해 발생하게 된다. 연료 전지에 수소를 넣으면 수소가 산소와 화학반응을 일으켜 물과 전기에너지가 생성되는 것이다. 이때 발생하는 전기에너지가 바로 수소 에너지라고 볼 수 있다. 물은 이 과정에서 발생하는 부산물이다.
따라서 수소 에너지의 생성 원리는 연료 전지 내에서 수소와 산소의 화학반응을 통해 전기에너지를 생산하는 것이라고 할 수 있다. 연료 전지는 수소를 연료로 사용하여 전기를 생산하는 장치이며, 수소와 산소의 화학반응을 통해 물과 전기가 생성되는 것이 수소 에너지 생성의 핵심 원리라고 볼 수 있다.
1.2.3. 수소에너지의 종류
수소에너지의 종류에는 회색 수소, 블루 수소, 그린 수소가 있다.
회색 수소는 석유화학 공정의 부산물로 생기는 부생수소와 천연가스를 개량해서 만든 수소이다. 이것은 수소 중에서도 생산 과정에서 이산화탄소를 가장 많이 만드는 수소이지만, 현재 생산되는 회색수소의 압도적인 비율을 차지한다(약 96%의 수소가 회색수소이다).
블루 수소(blue hydrogen)은 천연가스나 이산화탄소 포집설비를 이용해서 수소를 추출한 것으로 회색수소처럼 화석연료에서 추출하므로 생산과정에서 이산화탄소가 발생하기는 한다. 다만, 회색수소와의 차이점은 발생한 이산화탄소를 포집, 저장하는 장치를 갖추고 있기 때문에 이산화탄소가 대기 중으로 확산되는 것을 방지할 수 있다는 데 있다. 그래서 블루수소는 회색수소보다는 탄소 배출량이 적다.
그린 수소(green hydrogen)은 태양력이나 태양광, 풍력 같은 재생 에너지를 사용해서 만든 전기로 물을 분해하여 생긴 수소를 말한다. 그린 수소는 생산 과정에서 이산화탄소가 배출되지 않는다. 따라서 궁극의 청정 에너지라고 할 수 있지만, 부전해 방식으로 수소를 생산하는 것은 가격이 매우 비싸기 때문에 생산 단가가 높아 경제성 측면에서 한계가 있고, 물을 분해할 때 전력 소모량이 많아서 상용화에 어려움이 있다.
1.3. 수소에너지 현황
1.3.1. 국제 현황
1.3.1.1. 수소위원회의 전망
수소위원회(Hydrogen Council)에서는 2020년을 기준으로 세계적으로 9,000만 톤의 수소가 생산, 사용되었다고 보고 있다. 이들 수소는 대부분 천연가스, 석탄 기반의 회색수소(grey hydrogen)이다. 회색수소는 그것을 생성하는 과정에서 이산화탄소를 다량 방출하는데 반해 가장 이상적인 수소로 여겨지는 그린수소는 경제성이 떨어지고 물을 분해하는 과정에서 전력 소모가 크기 때문에 현재로서 최선의 수소 모델은 블루 수소이다.
이러한 이유로 수소위원회에서는 미래 수소 생산을 회색수소에서 블루 수소로 전환하는 것을 목표로 하고 있다. 그러나 인류가 궁극적으로 도달해야 할 수소 모델은 그린 수소이다. 수소위원회에서는 미래의 수소 생산은 그린 수소가 될 것으로 기대하고 있다. 2050년까지 세계 각국이 탄소 배출량 제로에 도달하고 지구 온난화를 1.5ºc 수준으로 제한하기 위해서는 수소가 핵심적인 역할을 해야 할 것으로 전망되기 때문이다. 즉, 지구 온난화를 저지하고 지구 온도 상승을 막기 위해서 핵심적인 역할을 수행하는 데 수소 에너지가 큰 역할을 할 것으로 예상된다.
탄소위원회에서는 철강, 해양, 항공 산업 부문(이러한 분야는 탄소 배출을 많이 하는 대표적 분야이다)에서 탈탄소화를 할 수 있는 유일한 해법이 수소 에너지의 활용이라고 보고 있다. 위원회는 수소를 활용한 해당 분야에서의 탈탄소화에 성공한다면 2050년 경에는 청정수소에 대한 수요가 6억 6,000만 톤에 달할 것으로 전망하고 있다.
1.3.1.2. 유럽의 현황
유럽의 현황은 다음과 같다.
유럽은 일찍부터 태양열/광, 풍력, 조력 등의 재생 에너지 개발과 보급에 힘써왔다. 최근에는 신에너지에 속하는 수소 에너지의 연구, 개발에도 박차를 가하고 있다. 이는 유럽의 지리적 배경과 밀접한 관련이 있다. 유럽은 자체적으로 석탄, 석유, 천연가스를 채굴할 수 없기 때문에 에너지의 대부분을 수입에 의존하고 있는데, 특히 천연가스 수입 의존도가 높다. 그런데 최근 러시아와 우크라이나의 전쟁으로 러시아가 유럽으로 수출되는 천연가스를 제한하며 심각한 에너지난을 겪게 되면서 더 이상 가스에 의존하지 않고 자체적으로 에너지를 생산할 수 있는 방법을 고민하게 되었다. 기후 변화의 위기에 대한 대처와 더불어 유럽이 직면한 천연가스 공급 불안의 문제를 해결하기 위해 유럽 국가들은 신에너지 개발에 몰두할 수밖에 없는 상황이다.
유럽연합(EU)은 주도적으로 청정 수소 연구, 개발을 지원하고 있는데, 이는 유럽 국가들이 수소를 통해 에너지 안보 체제를 구축하고 온실가스를 감축하며 신산업 육성 및 관련 산업의 일자리 창출 등의 편익을 기대하고 있기 때문이다. 유럽은 2023년 3월에 청정수소 인증 초안을 발표한 바 있는데, 이를 통해 청정수소에 대한 안전 기준과 제도를 이미 마련해 놓았다. 유럽연합의 기준에 따르면 청정수소로 인정받기 위해서는 탄소집약도가 3.38kgCO3/kgH2 이하여야 한다.
현재 유럽에서 수소가 전체 에너지에서 차지하는 비중은 2% 미만으로 아직 미미한 수준이다. 대부분이 화석연료를 기반으로 생산된 회색 수소이며, 청정수소라고 할 만한 것은 극히 드물다. 그...
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