기초 과학이 세상을 바꾼다. 원소기호 H(수소)

안녕하세요 스톡리스트입니다.

오늘은 수소에 대한 다큐를 같이 보도록 하겠습니다. 신재생 에너지가 기사나 리포트, 뉴스 등으로 알겠는데요. 그게 수소랑 무슨 연관이 있지? 신재생에너지의 메인은 태양광 혹은 풍력이 아닌가?라는 생각을 하진 않으셨나요? 왜 신재생에너지가 중요하고 수소는 왜 또 중요한지에 대해서 지금부터 알아보도록 하죠.

지구는 46 억년 간 빙하기와 간빙기를 거치며 온도의 변화를 이뤄왔습니다. 자연적으로 20도가 움직이는 지구에서 1도가 올라간 게 왜 이렇게 문제가 될까? 2만 년 전에 가장 추웠고 간빙기로 올라오는 시간이 만년이 걸렸습니다. 만년 동안 4도 내지 5도 상승하였는데 지금 지구는 100년에 1도가 상승하였습니다. 크기의 문제가 아닌 속도의 문제입니다. 우리는 과연 1.5도가 넘는 날 지구에 살 수 있을까요?

1.5도가 넘는 날 지구에 살수 있을까

지구 평균기온이 올라가는 것은 어떻게 이해해야 할까요? 극단적인 날씨가 너무 많이 발생해서 농업이 붕괴될 정도의 날씨가 됩니다. 빙하가 녹으며 해안의 도시들이 침수, 생명을 풍요롭게도 할 수 있지만, 멸종시킬 수도 있습니다. 인간이 멸종되는 특정 시기를 이야기하는 건 어렵지만, 그전에 이미 인간의 삶은 비참해집니다. 그리고, 이러한 관측 사상 처음 경험하는 극단의 기상이변은 이미 경험하고 있습니다. 한국에서도 스콜 같은 비가 오지 않나, 서울 기온이 38도가 넘어서고 미국 한파와, 열 돔 현상 등 기후변화로 인한 기상이변이 이미 벌어지고 있습니다.

알베르트 아인슈타인

현재 화석연료에 의존하는 정도가 약 85%입니다. 지난 300년간 세상을 움직이는 힘은 화석연료이었습니다. 지난 300년 동안 놀라운 도약을 이뤄냈지만 인간에게 적합한 지구를 위해 바람직하지 않습니다. 그리고 그 변화의 시작점은 지금이라고 할 수 있습니다.

한 해 세계 온실가스 배출량 약 528억 톤입니다. 그리고 그중 75%가 에너지 생산 온실가스 배출에서 나옵니다.

탄소 중립

탄소 중립, 이산화탄소 배출량을 0으로 만드는 위대한 미션이 시작된다. 탄소 중립이 가능하냐의 문제가 아닌 어떻게 이룰 것인가의 문제입니다. 전 세계가 가장 많이 말하고 있는 건 탄소세입니다. 관세처럼 국경을 넘을 때 탄소 배출하는 만큼 부과합니다. 우리나라는 석탄이 가장 큰 문제입니다. 우리나라는 석탄이 전력의 40% 차지합니다. 이러한 석탄으로 생산되는 모든 제품은 탄소세가 붙게 됩니다. 2023년 대한민국 탄소세 6000억, 2030년 대한민국 탄소세 1조 8700억 원이 부과될 것으로 예상됩니다.

탄소세

이러한 탄소세는 게임의 규칙을 바꿉니다. 영국 석탄발전 23년 전면 제한, 2024년 전면 폐쇄를 시작으로 미국, 독일도 이러한 탄소를 줄이기 위한 제도를 나서고 있습니다. 인류는 새로운 출발점에 섰습니다. 세계는 모두 에너지 전환에 뛰어들고 있습니다.

영국, 미국, 독일의 탈 석탄 정책

이제 뒤로 미룰 수 없는 시점이 되었습니다. 한국은 선진국에 비해 5~10년 정도 뒤쳐져 있습니다. 노력이 필요한 시점입니다.

제주도 풍력

제주도는 국내에서 가장 큰 신재생에너지 발전 지역입니다. 제주도는 재생에너지가 전체 발전량의 16%를 차지하고 있습니다. 그런데 풍력발전기가 멈출 때가 있습니다. 바람이 불지 않으면 전기 생산하지 못하는, 그리고 바람의 세기도 일정하지 않기 때문에, 불확실성이 상당히 큽니다. 이 때문에 제주도에는 출력 제한이 점차 많아지고 있습니다. 이 때문에 에너지를 저장하는 에너지 캐리어가 필요한데요. 이는 수소로 할 수 있습니다. 여기서 바로 이 수소의 중요성이 부각됩니다.

바람이 만들어낸 에너지를 수소로 만들어 변환이 가능하고, 그리고 이 수소는 필요할 때 전기로 만들 수 있습니다. 인류의 생존을 위해 재생에너지는 많아져야 하는 것은 확정되었고 이러한 재생에너지의 불확실성을 보완해야 될 수단이 더 중요해집니다.

수소경제

자연스럽게 세계 각국의 키워드 수소경제가 되었고 각 국가는 공격적으로 투자 계획을 발표하고 있습니다. 10년 전의 태양광과 풍력이 지금의 수소가 아닐까요? 수소도 지금은 걸음마 단계, 유아기인데 나중에 빠르게 뛰어가지 않을까요? 그렇게 발전하기 위해선 무엇이 필요할까요?

수소 예언

우주 전체 질량의 75%를 차지하고, 우주 전체 원자수는 90%를 차지하는 것이 수소입니다. 지구에서 가장 흔한 원소가 바로 수소입니다.

하지만 대부분 문제는 수소는 단독으로 존재하지 않습니다. 우리가 흔히 볼 수 있는 수소는 산소, 메탄, 암모니아, 불화수소, 염화수소, 황화수소 등의 형태로 다른 원소와 붙어있는 형태입니다. 결합력이 굉장히 높기 때문입니다. 이 때문에 수소를 따로 떨어뜨리는 것은 쉽지 않습니다. 하지만 전기 분해를 통해 물을 수소와 산소로 분해 가능합니다. 그리고 다행히 우리나라의 수소 연료전지 활용 관련 기술은 세계 최고 수준의 기술입니다. 지난해 전 세계 수소차 시장 1위를 한 것이 우리나라이기도 했습니다.

수소차

수소는 크게 그레이 수소, 블루 수소, 그린 수소 세 가지로 구분이 가능합니다.

그레이 수소는 다른 걸 생산하려다 보니까 나오는 수소를 말합니다. 그레이 수소는 부생수소와 개질 수소가 있습니다.
부생수소는 석유화학 공정이나 철강 등을 만드는 과정에서 나오는 수소이고 개질 수소는 천연가스를 고온고압으로 추출하는 과정에서 추출입니다. 블루 수소는 수소를 생산과정에서 발생한 이산화탄소를 포집하거나 저장한 수소를 말합니다. 블루 수소는 즉 그레이 수소를 만드는 과정에서 나온 수소입니다. 그린 수소는 물로부터 만드는 수소인데 궁극적인 그린 수소는 재생에너지를 사용하여 만드는 수소입니다.

그레이수소 비중

아직은 그레이 수소가 우리가 만들 수 있는 현실적인 수소입니다. 그렇다면 수소를 진정한 청정에너지라고 볼 수 있을 까요? 우리는 이러한 그레이 수소를 그린 수소로 만들 때까지 기다려야 할까요? 그렇지 않습니다. 그레이 수소를 통해서 점차 그린 수소로 나아가는 단계로 그레이 수소 발전의 개발을 위해 꾸준히 진행이 되어야 합니다. 그렇게 하여야만 기술이 발전할 수 있기 때문입니다.

세계최초 부생수소 발전소

지난해 우리나라에는 세계 최초의 부생수소 발전소가 지어졌습니다.

재생에너지의 가변성을 보완할 수 있는 새로운 에너지 수소의 생산 저장 활용까지 생태계가 구축된다면 새로운 시대를 마주할 수 있지 않을까요? 이상적으로는 우리나라가 재생에너지를 만들어 수소를 생산하는 게 이상적이지만 현실적으로 어렵기 때문에 재생에너지가 풍족한 국가에서 수소를 운송해와서 사용하면 완전한 그린 수소를 만들 수 있습니다.

더욱이 수소는 단위 무게 당 에너지를 저장할 수 있는 무게가 화석연료에 3배에 달합니다. 다만 기체로 가져오기 굉장히 어렵기 때문에 액상화 해서 운반해내야 합니다. 우리나라는 암모니아로 액상화 하는 기술을 개발하고 있습니다. 수소나 탄소중립은 정말 먼 사회가 아니며 결국 인류의 생존을 위해서 꼭 필요합니다.

이렇게 오늘은 수소 관련 다큐에 대해서 알게 되었는데요. 신재생에너지의 중요성을 보면서 이러한 신재생에너지로 가는 데 수소가 더 필수적이라는 중요한 내용을 알게 되었습니다. 다음에는 수소 관련주, 신재생 관련주 등에 대해서도 알아보는 시간을 가지면 좋을 것 같네요.

아니 세계가