[윤덕주]전기와 수소의 융합시대 그리고 미래자동차

[사이언스칼럼]윤덕주 한전 전력연구원 책임연구원

전 세계는 지구온난화 방지 및 녹색성장에 자본과 기술역량을 집중하고 있다. 이러한 시대의 흐름을 반영하여 온실가스를 감축하는 기술과 이산화탄소를 심해에 저장하는 기술이 각광을 받고 있다. 그러면 화석연료의 30% 가량을 소비하는 수송부문의 온실가스 감축노력은 무엇이 있을까?

▲ 윤덕주 한전 전력연구원 책임연구원

미래 전기자동차에 그 해답이 있다. 전기자동차는 청정에너지로서 꿈의 에너지인 셈이다. 주행 시 휘발유 자동차의 연료 효율이 15%인데 비해 전기자동차는 최고 40%에 육박한다. 효율이 높아지면서 경제성을 높이고 온실가스 배출을 줄이는 것이다. 그러나 여기에도 충전과 장거리 운전에 따른 단점이 있다. 그래서 이러한 문제를 해결하는 것이 연료전지 자동차다. 기존자동차가 내연기관을 엔진으로 부착한 것에 비해 연료전지 자동차는 수소를 이용하는 연료전지를 부착함으로서 이러한 단점을 보완한다.

이와 같이 미래 수소경제사회에서 전기와 수소는 에너지 제조, 저장, 이용 분야에서 서로 보완하고 경쟁하면서 결국에는 융합된 클린 에너지로 발전하리라 예상된다.

시스템 측면에서 전기는 수요불균형으로서 일일·주일·계절격차가 있는데 비해 저장이 거의 불가능해서 양수발전소라는 대규모 투자를 요구하는 전기 저장장치를 필요로 한다. 그러나 수소는 전기로부터 쉽게 생산하여 저장 후 사용할 수 있다. 제조측면에서 전기와 수소의 공통점은 청정에너지를 추구하는 것이다. 신·재생에너지, 원자력, 석탄가스화시스템(IGCC)으로부터 전기와 수소를 동시에 제조가 가능하다.

천연가스는 자원의 유한성으로 인해 천연가스를 원료로 한 수소와 전기 제조 비율은 점점 줄어들고 그 대신에 이러한 청정에너지가 그 영역을 차지할 것이다. 그 만큼 전기·수소 제조 시 이산화탄소 배출량은 줄어드는 것이다. 이용측면에서 전기와 수소는 청정에너지로서 서로 융합하고 있다.

특히 상기에서 언급한 미래자동차는 단기적으로는 전기자동차가 차지하겠지만 장기적으로는 기술이 발전하고 인프라가 구축되면 수소를 연료로 하는 자동차가 그 자리를 차지하리라 예상된다. 여기에는 수소와 외부충전식(Plug-in) 전기를 동시에 사용하는 연료전지 하이브리드 자동차(FC Hybrid Vehicle)가 대부분을 차지할 것이다. 그래서 머지않아 종합에너지 충전소가 등장할 것이다.

수소경제하에서의 에너지원은 전력과 수소가 양분할 것으로 예상되며 전력망을 통한 전력이용 방식이 수소로 대체될 가능성은 낮으나 이산화탄소 배출 규제로 인해 수송 및 화력 분야에서의 연료전지에 의한 수소에너지 이용이 확대될 것으로 예상되고 있다. 또한 전력회사는 전력부문의 온실가스 배출을 저감해야 할 부담이 가중되어 기존 석탄 화력의 경제성 악화가 예상되며 연료전지 기반의 이산화탄소 저 배출 석탄 화력 (IGFC)이 경제성을 가질 가능성이 커지고 있다.

전력수요 증가가 장기적으로 저성장을 보일 것으로 전망되고 수소는 전력과 같은 에너지원으로서 그 수요가 장기적으로 급증할 것으로 전망되고 있다. 전력회사는 전력분야의 인프라와 사업역량을 활용하여 수소생산에 쉽게 진출 할 수 있고 전력을 이용하는 수소생산을 통해 청정 전력이용을 극대화하고 잉여전력 저장을 통해 효율적인 에너지 이용을 추구할 수 있는 것이다. 이와 같이 지구온난화방지와 수소경제로의 이행에 대비하여 선진전력회사는 발 빠르게 전략을 수립하고 있다.

이처럼 화석연료 기반사회에서 저탄소 청정에너지로서의 에너지 패러다임의 변화 바람이 불고 있으며 그 선두에는 전기와 수소가 그 역할을 담당하고 있다. 미래의 에너지원은 전기와 수소가 될 것이며 이러한 융합기술을 적극 개발하여 수소경제 시대를 맞아 새로운 국가 녹색성장의 지표로 삼아야 할 것이다.