목재에서 석유, 나아가 수소가 에너지원이 되기까지
에너지원의 사용 역사
우리가 사용하는 에너지원은 산업의 발전과도 밀접한 관계가 있다. 초기에는 가장 손쉽게 얻을 수 있는 목재를 사용했다. 이후 목재보다 에너지가 좀 더 응축된 석탄을 사용하면서 산업혁명이 일어났으며, 그 후 원유로 대표되는 석유를 사용하면서 현대 문명을 이루었다.
하지만 과도한 에너지원 사용과 환경 변화에 무심한 사이 지구는 스스로 회복하는 자정능력을 잃었으며, 그 결과 우리는 감당하기 어려운 이상기후와 생태계의 변화를 맞닥뜨리게 되었다.
최근 석탄·석유와 동일한 석유류이지만, 사용의 편의성은 물론 친환경적이라는 장점이 있는 천연가스 사용량이 늘어나고 있는 가운데 천연가스는 에너지 전환 시기에 기존 에너지와 친환경 에너지 사이의 가교 역할을 할 것으로 보인다.
과거 목재에서 석탄, 석탄에서 석유와 같은 에너지원 사용 역사의 흐름을 보면 탄소와 수소의 비가 점차 감소하고 있음을 알 수 있다. 대부분의 석탄류는 탄소와 수소의 비율이 1 이상이며 원유의 경우 0.5, 메탄가스(CH₄)는 0.25 이다. 이들 경향을 바탕으로 새로운 에너지는 그 비율이 제로인 ‘수소’ 자체가 될 수 있다. 수소가 미래사회의 에너지원과 먹거리가 되기 위해서는 경제적 생산이 가능해야 한다. 즉 수소의 경제적 대량생산이 수소경제 시대의 핵심인 셈이다.
생산 방법에 따라 달라지는 수소 종류
수소(H₂)는 우주의 모든 물질을 구성하는 가장 기본적인 원소로 전체의 약 73%를 차지할 정도로 많지만, 다른 원소와 결합한 화합물로 존재한다. 따라서 우리가 에너지원으로 사용하기 위해서는 수소만 분리하여 회수해야 한다. 수소는 다양한 방법으로 분리되며 화합물에서 직접 수소를 분리한 것을 추출수소, 여러 공정 과정 중에 부산물로 생성된 것을 부생수소라 한다. 또한 이산화탄소의 발생 여부와 관리에 따라 다양한 이름으로 불린다.
현재 상업적으로 가장 많이 사용하는 방법은 메탄가스와 수증기를 700~1,000℃ 고온으로 가열하여 메탄가스를 일산화탄소와 수소로 분리한 후 수소를 회수하는 수증기 메탄 추출법이 있다. 이 방법은 효율적이고 안정적이지만, 이산화탄소도 같이 발생해 그레이수소라 부른다. 블루수소는 이산화탄소를 포집·압축·수송해 지하에 저장하는 CCS(Carbon Capture & Storage) 기술을 적용해 생산하는 수소를 말하며, 그린수소는 수소 생산과정에서 온실가스를 전혀 배출하지 않고 생산하는 수소를 뜻한다. 그린수소는 청정에너지를 이용하여 물(H₂O)을 수소와 산소로 분해하는 수전해 방법으로 생산할 수 있고 이를 인증하는 나라들도 있다. 다만 생산과정에서 전기를 사용하는 경우, 전기료가 경제성에 큰 영향을 미치게 된다. 우리나라의 경우 석탄, 천연가스, 원자력으로 전기 생산량의 90% 이상을 얻고 있어 그린수소의 대량생산은 아직 어려운 것이 현실이다.
