탄소경제가 지고, 수소경제가 핀다

석유·가스·석탄으로 비유되는 ‘탄소경제’를 대신해 ‘수소경제(사회)’가 에너지·산업계의 핫이슈로 떠오르고 있다.

중 남미를 중심으로 자원민족주의가 확산되고, 브릭스(BRICs·브라질 러시아 인도 중국) 국가경제가 급성장하고 있다. 이런 현상은 세계 에너지 지형도를 변화시키고, 화석에너지 고갈 촉진의 원인이 되고 있다. 또한 유럽 선진국을 중심으로 최근 발효된 기후변화협약은 수소경제로의 이행을 부추기고 있다.

지질학적 자원인 부존자원(賦存資源)을 중심으로 한 탄소경제와는 달리 수소경제는 수소의 생산·저장·이용기술 등 기술자원을 기반으로 한다. 이처럼 수소경제 하에서는 ‘기술=자원’이라는 등식이 성립되기 때문에 혹자들은 수소경제가 우리나라 같은 자원빈국에게 ‘에너지독립의 꿈’을 안겨다 줄 것으로 ‘희망’하고 있다. 

- 수소, 석유시대 종말 앞당긴다?

수소경제는 선택의 문제다. 이에 따라 석유시대의 종말이 예상보다 일찍 현실화될 가능성도 있다는 전문가들의 분석이다.

산 자부 수소·연료전지사업단 홍성안 단장은 “석기시대가 돌이 부족해서 끝난 것이 아니듯이 석유시대도 석유가 고갈되기 이전에 끝날 수도 있다”고 말한다. ‘수소기술’개발이 빠르게 진척될 경우 수소경제의 도래가 빨라질 수도 있다는 얘기다. 화석에너지를 계속 고집할 경우 지금처럼 에너지 변방으로 남겨질 수도 있다는 위기의식이 녹아 있다.

수소경제의 구현 원리는 간단다. 물(H2O)에서 수소와 산소를 분리한 다음, 수소를 연료전지에 통과시키면 전기와 온수가 생산되는데 이것을 에너지원으로 사용하면 된다. 자연상태에 존재하는 수소는 고갈되지 않으며, 청정하다는 점에서 미래에너지로 부상하고 있다. 기존 화석에너지 중심에서 지속 가능한 에너지 수급체계로의 패러다임 전환을 담보할 수 있는 에너지로 평가받고 있는 것이다.

에너지경제연구원 부경진 박사는 “에너지안보, 기후변화, 대기오염, 분산형 에너지시스템 및 고부가가치 신산업 창출을 위한 새로운 성장동력 차원에서 수소경제가 각광 받을 가능성이 크다”고 분석한다.

- 아직‘뜨거운 감자’ 과제 ‘첩첩’

그러나 수소경제는 아직까지 ‘뜨거운 감자’다. 관련기술의 상용화가 수소경제 실현 가능성을 위한 관건이다. 수소기술은 막대한 투자비 대비 상용화가 늦기 때문에 각국 정부의 강력한 정책의지 없이는 불가능한 실정.

미 국 일본 EU등 선진국은 중장기 로드맵을 발표하고, 막대한 자금을 쏟아 붓고 있다. 미국은 1992년 에너지국(DOE) 수소프로그램을 바탕으로 오는 2015년께 실용화 기술 개발을 완료한다는 계획이다. 이를 위해 2004∼2008년까지 1조4400여억원을 투입할 계획이다. 일본은 WE-NET를 중심으로 사업을 추진중이며, EU 중국 인도 등 주요국가들도 수소관련 정책을 입안하고, 상용화에 박차를 가하고 있다.

국내는 산자부가 향후 5년간 연간 300억원씩 총 1500억원을 투입해 수소인프라 조성, 연료전지 기술실용화 등 연구과제를 진행중이다. 과기부도 2012년까지 매년 100억원을 투입할 예정이다.

- 2040년경 ‘에너지 신세계’ 전망

수 소·연료전자사업단은 가까운 장래에 수소기술의 상용화를 장담한다. 사업단 관계자는 “현재 실용 가능성을 논하기보다는 어떤 분야가 상업적으로 성공할 것인가를 가늠하는 게 과제”라며 “정확한 시장 예측에 따라 선택과 집중 원칙을 적용해야 할 것”이라고 설명했다.

정부가 목표하고 있는 수소경제의 현실화는 2040년께로 향후 30∼40년 뒤다. 해결해야 할 과제들이 산적해 있지만 비전이 달성되면 대형 화력발전소 대신 연료전지발전소가 곳곳에 건설될 것이다.

가정과 상업용건물에도 연료전지가 보급돼 전기와 온수를 자가생산, 소비할 수 있게 되고 남은 전기는 한전에 되팔 수 있다.

노 트북 휴대폰 등 모바일기기용 배터리도 수소·연료전지로 대체돼 환경 오염 없이 반영구적으로 사용할 수 있게 된다. 운행되는 승용차와 버스의 상당수는 배기가스 없는 수소·연료전지차로 대체될 것이며, 주유소 대신 수소충전소에서 수소를 채워 넣게 된다. 2040년, 그간 경험해보지 못했던 이른바 ‘에너지 신세계’가 눈앞에 펼쳐지게 되는 것이다.

홍성안 단장은 “화석에너지 대체 측면에서 물로부터 수소를 얻는 기술이 실용화돼야 한다”며 “이것이 진정한 의미의 수소경제 구현”이라고 강조했다.

[전문가기고]에너지경제연구원 부경진 박사
-수소경제와 실현 조건

수소는 고갈되지 않으며 깨끗하다는 (inexhaustible and clean) 장점 때문에 세계 각국은 이를 미래의 에너지로 인식하고 개발 및 보급에 박차를 가하고 있다.

수 소는 우주에서 가장 흔한 원소이지만 지구상에서 기체상태로 존재하는 양은 매우 적다. 수소를 에너지로 이용하는 기술의 상용화가 아직 진전되지 않았으며, 아직 걸음마 단계에 머물러 있고, 특히 수소 생산 및 저장 분야에서는 기술적 타당성 문제로부터 시작하여 경제성 문제에 이르기까지 실용화에 많은 애로점을 노정하고 있다.

이렇게 상용화를 위해서는 상당한 기술진보가 필요함에도 불구하고, 이미 대세는 수소경제가 도래하는 것으로 굳어지고 있다. 왜냐하면 수소에너지의 장점이 단점을 훨씬 능가하기 때문이다. 이러한 장점은 수송부문에서 수소를 사용할 때 확연하게 나타난다. 가솔린차의 종합효율(Well-To-Wheel Efficiency)이 16∼18%인데 비해 연료전지자동차의 경우 최대 42%로서 약 2.5배의 차이를 보인다. 또한 내연기관에 비해 50% 이상의 CO2 배출량 감축효과를 보인다.

수소는 직접 연소할 수도 있지만 연료전지를 통하여 이용하는 것이 훨씬 유리하다. 그러나 수소경제의 아킬레스건이라고 할 수 있는 연료전지도 사실상 수소생산과 저장에 못지 않은 기술적 애로사항이 산적해 있다. 연료전지가 상용화되기에는 현재의 연료전지 부품이 너무 고가이며 시스템의 내구연한도 짧다.

이 러한 고비용의 저렴화와 제품의 수명연장이 기술개발과 시범사업의 실시, 양산과정을 통해 빠른 시일내에 이루어지도록 해야 한다. 연료전지의 이러한 문제가 해결되지 않는다면 수소경제는 우리가 바라듯이 쉽게 실현되지 않을 것이라는 것이 전문가들의 공통된 견해이다.

우리나라는 2005년을 수소경제 준비원년으로 삼고, 수소경제에 대한 국가비전을 세우고 장기로드맵을 작성하여 미래 수소경제의 원활한 이행에 도움이 되도록 하였다. 수소경제의 실현에 따른 에너지와 환경 및 경제적 편익을 분석하고 연료전지의 보급량과 수소의 필요량, 그리고 연료전지산업과 수소인프라의 규모와 투자비, 소요재원과, 마지막으로 수소경제기반 조성을 위한 법제도 인프라 정비에 대해 논의하였다.

동 마스터플랜에서 기준시나리오로 제시한 최종에너지소비 대비 수소사용량 15%가 실현되면 1차에너지 소비구조가 지속 가능한 믹스로 변화된다. 우선 석유의 소비가 BaU대비 23% 줄어들고, 기타 에너지도 많게는 14%, 적게는 8% 정도 줄어든다. 반면, 청정에너지원이면서 지역에너지인 신 재생에너지의 비중은 15%로 획기적으로 늘어난다.

이에 따라 에너지의 자급도의 획기적 개선과 에너지수입 대체효과, 그리고 온실가스 저감에 따른 환경편익, 신성장동력으로서의 수소연료전지 산업의 정착에 따른 고용창출효과 등 경제적 파급효과도 상당하다. 이러한 점에서 볼 때 수소경제는 앞으로 우리 경제와 사회, 문화 전반에 일대 폭풍과 같은 대변혁을 몰고 올 것으로 전망된다.

이와 같은 수소경제의 조기실현을 위해서는 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어 즉, 정책개발과 법제도의 정비 측면에서 세부 액션플랜의 수립과 지속적인 추진이 필요하다.

이 와 함께 연료전지보급 및 수소공급인프라 구축에 필요한 방대한 투자재원을 확보하기 위해서 민간부문의 투자를 촉진시키고 전담기구의 신설과 민간의 전문기술인력 양성과 더불어 연료전지 및 수소인프라 산업육성을 위한 규격 및 표준의 마련도 시급하다.

앞 서 말한 수소경제 마스터플랜은 미래에 불어닥칠 수소경제의 도래에 대비한 사전준비 작업으로써 밑그림을 그리는 것이고, 국내 에너지정책 방향의 수정 및 개편과 함께, 더 나아가서 본 마스터플랜에 기초하여 세부 액션플랜의 수립 및 법제도 정비에 만전을 기해야 할 것이다