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'50~100년 내 수소가 주요 에너지원으로 뜬다'

작성자: 최고관리자
작성일: 12-02-01 11:50
조회수: 5,030

'50~100년 내 수소가 주요 에너지원으로 뜬다'

화석연료가 갈수록 고갈되고 지난해 일본에서 발생한 원전폭발로 신재생에너지의 필요성이 더 절실해지고 있다.

일본 열도가 피폭의 공포에 떨고 있는 지금, 우리 정부가 지역 유치를 위해 깨끗하고 안전한 에너지로 홍보해 오던 원자력 에너지의 안전성과 타당성에 대한 재고와 신재생 에너지의 필요성이 대두되고 있다.

공해물질을 배출하지 않는 친환경 에너지라는 의미로 `청정에너지(clean energy)`또는 `그린에너지(green energy)`라고도 부르는 신재생에너지는 기존 화석연료나 원자력을 대체한다는 측면에서 `대체에너지`로도 불린다. 그 중에서도 수소연료전지는 수소와 산소가 전기화학적으로 반응해 물이 생성되며 화학에너지가 직접 전기에너지로 전화돼 효율이 매우 높다. 경북매일은 포스텍 정종식 교수를 통해 총 10회에 걸쳐 수소연료전지를 집중 조명한다.

■에너지 고갈 및 지구온난화 문제

지금 세계는 중국·인도 등 다(多) 인구 국가들의 부상과 에너지 대량 소비의 가속화로 석유 및 천연가스와 같은 고급 화석원료는 지금부터 앞으로 40~60년 안에 고갈될 것이라고 한다. 원자력 에너지가 당장 시급한 불을 끌 수 있는 대안처럼 보이지만 일본 후쿠시마 사태에서 보듯이 안정성에 문제가 있다. 또 우라늄 자원도 현재의 경수로형 원자로 기술로는 앞으로 100년 정도면 지구에서 고갈된다. 또한 이웃 중국이 앞으로 10년 안에 지금 존재하는 원자로 만큼의 원자력 발전소 시설을 더 짓겠다고 계획을 하고 있어 자원 고갈 단축은 물론 한국은 핵사고의 위험에도 더 노출될 전망이다. 고속증식로 기술로는 우라늄 자원을 거의 무한정 사용할 수 있으나 선진국의 핵무기 유용 우려에 의한 정치적 이유로 해결이 불가능 할 것처럼 보이고 궁극적 에너지 대안인 핵융합은 아직 걸음마 수준도 되지 않아 100년 이내 가능할지 의문이다. 아마도 인류는 그나마 2~300년 정도 남은 것으로 추정된 석탄의 사용량을 늘려 가겠지만 석탄은 그 구성 성분이 대부분 탄소로 된 저급 원료이기 때문에 연소 시 석유나 천연가스에 비해 이산화탄소가 50~100% 더 발생된다. 따라서 앞으로 석탄 사용량의 증가는 지구온난화의 보다 급격한 가속화로 이어질 것이다.

■재생에너지의 매력 및 한계

이런 이유로 최근에는 태양광 및 풍력 등 재생에너지가 조명을 받고 있다. 그도 그럴 것이 세계 에너지시장은 그 어떤 산업보다도 커서 매년 2% 정도 성장하면 600조원 시장이 새로 열리고 있다. 그 중 태양광과 풍력은 아직 세계 에너지시장에서 0.049% 밖에 차지하지 못해 성장잠재력이 아주 큰 에너지다. 그러나 이 에너지를 만드는 기술과 제작과정은 비교적 단순해 누구나 비교적 쉽게 시작은 할 수 있지만 기술과 시장 독과점이 쉽지 않은 것이 단점이다. 이런 이유로 현재 중국이 저가 공세로 세계 시장을 점령할 기세다. 가장 큰 제약은 태양과 바람에 의존해야 하기 때문 전력 생산량의 불연속성으로 인해 국가 전력의 20% 이상을 감당할 수 없을 뿐 더러 지리와 기후적으로 선택된 나라들만 대량으로 설치할 수 있다. 때문에 현재 세계 에너지의 0.12%를 차지하는 지열(地熱)도 특정 국가 만 혜택을 받고 있고 그나마 0.4%로 점유율이 높은 바이오매스(Biomass)는 석탄처럼 그 구성 원소가 탄소로만 돼 있어 사용 후 CO2가 석유나 천연가스에 비해 50% 이상 더 발생한다. 특히 논리적으로는 태우면 다시 나무가 자라서 재생이 돼야 하지만 지금 지구상에는 나무가 자라기는커녕 매년 산림 면적이 줄고 있는 형편이라 과연 재생이 되는지도 모르겠다.

■수소 및 연료전지의 등장

이런 점 때문에 과학자들은 앞으로 50~100년 사이에 수소가 주요 에너지원의 역할을 할 것으로 전망하고 있다. 수소는 태우면 물만 나오는 청정한 무공해 연료다. 그러나 무게가 너무 가벼워 직접 연소시키면 에너지 효율이 낮다. 예를 들어 수소차는 현재 시범적으로 운행되고 있지만 마일리지가 낮고 엔진의 힘이 약하다. 그래서 수소를 연료로 해 공기 중의 산소와 전기화학 반응에 의해 전기를 바로 생산 할 수 있는 무소음 전기발생 장치인 연료전지가 수소의 동력원으로 각광받고 있다. 따라서 수소와 연료전지는 바늘과 실 같은 관계다.

연료전지는 수소와 산소가 만나 연소되는 반응이 심한 발열반응이기 때문에 전기를 생산과 동시에 열(더운물 또는 스팀)도 얻을 수 있다. 화석원료를 태워서 터빈을 기계적으로 돌려 발전을 하는 일반 발전소는 대부분 30% 이하의 전기효율을 낸다. 하지만 연료전지는 발전용의 경우 50~60%의 높은 전기효율을 낼 수가 있고 열까지 활용하면 전체 에너지 전환 효율이 70~80%가 되는 고효율 전기발생장치다. 따라서 만약 원료로 저급 석탄이나 바이오매스를 사용해도 연료전지를 동력원으로 사용하면 전기 발생효율이 높아서 칼로리 당 CO2 발생량을 지금 수준으로 유지할 수 있다.

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