자연계의 75%를 차지하는 수소는 무한한 친환경 에너지원으로 주목받고 있다. 기후변화에 대응하는 이산화탄소 저감을 위해서도 세계 각국은 수소 경제로의 전환을 모색하고 있다. 2017년 매킨지 보고서는 2050년 세계 수소 경제의 시장규모를 2조 5000억 달러로 예측하고 3000만 개의 새로운 일자리를 창출하게 될 것으로 전망한 바 있다.

우리나라도 지난해 발표한 수소경제 활성화 로드맵을 따라 올해 초 ‘수소 경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률’을 제정하고 최근에는 한국판 뉴딜에서 그린 뉴딜을 발표하면서 수소 경제로의 이행을 진행하고 있는 중이다.

하지만 이를 성공적으로 이루기 위해서는 기존 산업기술과의 융합이나 생산에 필요한 원재료 확보와 관련 제도 개선 등 극복해야 할 기술적, 정책적 과제가 많다. 특히 안정적인 수소 공급을 위한 기술 개발이 무엇보다 시급한 상황이다.

수소경제 전환… 안정적 수소 공급 기술 관건

9일 과총과 한국자원공학회가 ‘수소 경제와 에너지산업 융합기반 구축방안’을 주제로 개최한 온라인 공동포럼에서 김진수 한양대 교수는 “에너지경제원의 수소경제 활성화 로드맵 수립 연구에 따르면 원료 수요를 제외하고 수소 활용 부문만의 수요를 산출했을 때 2040년까지 526만 톤의 수소 공급이 필요한 것으로 나타났다”며 수소 공급 수단의 다변화에 따른 기술 개발이 중요하다고 강조했다.

수소 공급 수단은 4가지다. 첫째가 부생 수소 활용으로, 산업공정 중에 나오는 혼합가스를 압력순환 흡착공정 등으로 정제하여 수소를 분리하는 방법이다. 둘째는 추출수소로, 탄화수소에서 화학적 반응을 통해 수소를 추출하는 생산방식이고, 셋째는 수전해로, 물의 이온화에 활용되는 전해질(electrolyzer)에 전력을 공급하여 물을 수소와 산소로 분해하는 방식이다. 넷째는 해외생산으로, 그린 수소 확대를 위한 하나의 방편으로 해외의 그린수소 공급망을 활용하는 방식이다.

김 교수는 “부생 수소는 주산물이 아니고 에너지 다소비산업의 주공정에서 부산물로 생산되는 것이기 때문에 수소 경제에서 목표로 하는 수요를 충족시키기 위해 이 산업들의 생산량을 인위적으로 늘릴 수 없다는 한계점이 있다”고 지적했다.

“추출수소는 수소의 활용 단계에서는 이산화탄소가 발생하지는 않지만, 추출 단계에서 이산화탄소가 발생하기 때문에 완벽하게 깨끗한, 기후변화에 대응하기 위한 수단이라고 볼 수는 없다. 현재로는 가장 경제적으로 많이 생산할 수 있는 방법이지만, 이산화탄소 발생이라는 한계점이 2040년까지 추출수소의 공급 비중을 30% 이하로 낮춰야 하는 이유가 된다”고 덧붙였다.

수전해 방식은 전기를 친환경적으로 공급한다고 했을 때 이산화탄소를 배출하지 않기 때문에 가장 친환경적인 수소 공급 수단이지만, 현재는 생산단가가 비싸서 경제성이 부족하다. 다만 저장성이 부족한 전기의 에너지 캐리어(energy-carrier)로서 수소의 역할을 주목할 수 있다.

결과적으로 김 교수는 “가격 경쟁력 확보를 위해서 가장 중요한 것은 기술 개발과 규모의 경제 시현”이라며 “생산, 운송·저장 등 분야별 핵심기술 획득 전략이 필요하다. 또 성공적인 기술 개발을 위해서는 전문인력 양성과 국제표준 선점도 매우 중요하다”고 강조했다.

수소유통시스템·안전관리시스템 구축 필요

또 포럼에서 수소유통전담 기관 설립 필요성도 제기됐다. 김영두 전북대 교수는 “안정적 수소 공급과 시장 가격의 안정화, 수소 시장 확대를 위한 기반 구축 등이 시급하기 때문에 수소 공급자로부터 수소를 대량 구입하고 동일한 가격으로 충전소에 수소를 공급하는 수소유통시스템을 구축할 필요가 있다”고 주장했다.

김 교수는 안전관리시스템 구축도 강조했다. 지난해 노르웨이와 강릉에서 수소충전소 관련 폭발사고가 있었기 때문에 수소 안전과 관련된 부정적인 인식들이 생겨나고 있으므로 인식 전환을 위한 홍보와 함께 철저한 안전관리시스템을 정착시켜야 한다는 것이다.

이와 관련해 배중면 카이스트 교수도 “수소는 가연성 기체로 위험성이 항상 있기 때문에 안전한 에너지 기술에 대한 필요성이 증대하고 있다”며 “고체 수소저장 기술이나 수계배터리 기술 등 안전 문제의 근본적인 해결이 가능한 신기술 도입이 필요하다”고 지적했다.

이슬기 산업연구원 부연구위원 역시 기술 개발을 강조했다. 그는 “우리나라가 수소산업 활용 분야에서는 강점을 보이고 있는 반면에 수소 생산, 공급에서는 산업생태계가 초기 수준이다. 특히 생산 기술 중에서도 추출 수소와 수전해 등과 같은 중요한 방식들에서는 상용화 실증 경험이 아직 부족한 연구개발 단계에 머물고 있다는 한계점이 있다”고 설명했다.

즉 수소산업도 원천기술은 미흡하고 핵심 소재 부품의 수입 의존도가 높은, 우리나라 제조업이 극복해야 할 문제점을 그대로 갖고 있다는 것. 기술력 개발로 가격경쟁력을 담보하고 안정적인 수소 공급을 이루는 것이 수소경제 활성화을 위해 필수적이라는 얘기다.