◇석유산업사회의 흥망

인류가 동물이나 사람의 힘을 이용하지 않고 증기기관과 석탄을 연료로 이용해 대량 생산이 가능한 기계를 구동시킬 수 있었던 시초는 18세기 석탄이 풍부한 영국에서 시작됐다. 그 후 산업혁명으로 이어졌으나 1910년 미국에서 석유의 대량 채굴기법이 개발되고 동시에 석유를 동력원으로 이용하는 자동차산업이 함께 발달하면서 인류는 본격적으로 제품의 대량생산 및 대량소비의 산업사회로 이전하게 되었다. 1차 대전의 승전과 함께 현재의 강대국 미국이 탄생하게 된다. 이렇게 석유의 발견은 인류사에서 가장 중요한 사건이고 석유에너지를 이용한 대량 생산 및 풍족한 소비는 삶의 질의 향상과 함께 인구의 급격한 증가로 이어졌고 지난 25년간 인류가 사용한 에너지 양이 지난 100년간 사용한 양의 50%를 차지하고 있다. 현재 지구 전체 인구가 일인당 대략 5kw의 많은 양의 에너지를 소비하고 있다. 그럼에도 불구하고 현재 대형 발전시스템은 에너지 사용에서 국가·지역 별로 극심한 빈부 격차를 낳아 현재 28% 정도의 인구는 고급에너지인 전기의 사용 혜택을 보지 못하고 있다. 석유는 에너지원으로서의 사용 뿐만 아니라 화공약품, 의복 원료, 그릇 및 도구 원료, 화장품 및 식품가공재 원료 등으로 의식주 전반에서 광범위하게 사용되고 있어서 석유의 고갈은 에너지의 고갈 차원을 넘어서 의식주의 영위에 직접적인 타격을 줄 것이다. 그러나 인류는 지난 100년간 흥청망청 사용했고 이제 100년 이면 여지없이 고갈의 위기를 맞게 될 것이다.

100년 후면 에너지 고갈 위기 도래

석유 대체할 친환경 미래에너지로

메탄, 물 전기분해, 햇빛으로 생산



◇무탄소 수소경제사회, 올 것인가

석유산업사회가 망하면 수소경제사회가 도래할지 여부를 추측하려면 수소를 어떻게 얻는지를 들여다볼 필요가 있다. 현재 수소는 극히 일부는 물은 전기분해로 얻어지지만 전기는 결국 화석 원료를 태워 30% 미만의 저효율로 얻어지는 고급 에너지이기 때문이다. 이를 이용해 생산된 수소는 값이 비싸서 경제적이지 못하다. 또 상업적으로는 화석원료(석유, 천연가스, 석탄 등)와 스팀을 사용해 700~800℃의 고온에서 개질반응이라는 화학반응을 통해 얻고 이때 부산물로 다시 CO2를 내보내게 된다. 예를 들어 도시가스인 메탄을 사용해 개질을 하면 메탄 한 몰당 3몰의 수소가 생산된다. 이때 발생한 CO를 다시 스팀과 수성가스 반응시켜 추가로 수소를 뽑아내고 최종적으로 메탄의 카본은 CO2로 배출된다.

이렇게 생산된 수소는 당연히 석유나 천연가스 원료보다 그 값이 더 비쌀 수밖에 없고 실상은 무공해 청정원료가 아니고 이미 이산화탄소 한 개를 배출한 공해가 다소 함유된 원료입니다. 그러나 연료전지는 화석연료를 사용하는 기계적 전기 발전기보다 효율이 높기 때문 석유나 석탄에서 뽑은 수소를 사용하더라도 보다 더 환경친화적이고 경제적이다.

앞으로 과학자들은 원자력 발전소 폐열이나 핵융합 열을 이용한 물 분해, 물 광촉매 분해 등의 기술에 의해 무공해의 수소를 값싸고 무한정으로 얻을 수 있을 거라고 생각한다. 또는 태양광이나 풍력의 전기를 이용하여 20%의 발전 한계치 없이 전기를 생산하고 이 전기로 물을 전기분해 무공해 수소를 얻을 수도 있다. 이렇게 수소가 얻어지면 장차 석유가 고갈되면 CO2와 합성반응시켜 거꾸로 원하는 종류의 석유나 천연가스를 만들 수도 있다.

이때쯤 되면 최종 제품인 석유류가 수소보다 비싸서 당연히 값싼 수소를 이용해 CO나 CO2를 잡아 석유류를 제조하는 `무탄소 수소경제사회` 또는 값싼 수소로 연료전지를 돌려 필요한 전기나 동력을 확보하는 `수소분산발전사회`로 갈 것이다.



◇수소, 과연 안전한가

수소라고 하면 일반 사람들은 수소폭탄을 생각해서 아주 위험하다고 짐작한다. 주성분이 프로판인 LPG나 메탄인 도시가스 등은 이미 주변에서 자주 봐오고 친숙해져서 사람들이 위험성을 알지 못한다. 일단 자연 발화점은 수소가 585oC, 메탄이 537oC, LPG가 405-450oC로 수소가 가장 높아 보다 안전하다. 폭발 범위는 수소는 공기 중에 4~75%, 메탄은 5.3~14%, LPG는 1.9-9.5%의 범위로 공기 중에 희석 시에는 LPG가 불리하고 공기가 혼입될 때는 수소가 불리하다. g당 발열량도 수소가 가장 낮아서 유리하다. 수소는 가볍기 때문 연소 속도가 빠르고 화염의 전파속도도 빠르다. 용기나 밸브가 새는 경우는 수소는 가벼워 하늘로 빨리 날아가기 때문 상부가 open 되어 있으면 실내 축적 등의 염려는 훨씬 낮다. 이상은 단순비교이고 실제는 용기 내에 고압으로 저장하게 되는데 수소는 통상 350기압, 최근에는 700기압의 용기까지 개발되고 있다. 이에 반해 메탄은 200기압이고 LPG는 약 45기압 정도이다. 이런 연유로 수소저장용기는 타 금속제 저장용기와 달리 알루미늄 등에 카본화이버로 감싸서 터지지 않게 특수 제작을 한다.