2016년 파리에서 세계는 온실가스 배출량을 줄여 지구 온난화를 억제하기로 합의했다. 트럼프 미국 대통령이 파리 기후 협약 탈퇴를 일방적으로 선언했지만, 미국 정치권과 에너지 전문가들에는 여전히 재생 가능 에너지가 중요한 안건이다. 유럽 연합은 2050년 최초로 의미 있는 ‘기후 중립’ 경제가 되고자 한다. 풍력 터빈과 태양 전지가 널리 설치되면서, 또 다른 문제가 발생하고 있다. 이들을 통해 간헐적으로 생산된 에너지를 저장할 곳이 필요하다는 점이다.
안정적인 전력망을 유지하고 정전을 막기 위해서는 전력 생산과 소비에 균형을 잡아야 한다. 간헐적으로 생산될 수밖에 없는 재생 에너지의 특성이 전력 회사들에게 두통거리다. 독일은 국내 풍력 및 태양광 발전 인프라에 2,000억 유로를 투자했고, 때로는 소비되는 것보다 훨씬 더 많은 전력을 생산해 재산 손실을 초래하고 있다. 또한 반대로 재생 가능 에너지로 석탄 화력 발전소를 보충할 만큼 충분한 전력을 생산하지 못할 가능성도 있다.
바람이 잘 불고, 햇빛이 좋은 날에 생산된 전기를 저장하는 데는 배터리와 수소를 사용할 수 있다. 악명 높은 호주 남부의 전력망 안정성을 비교적 잘 유지해주고 있는 테슬라의 빅 배터리같이 배터리는 이미 전국적으로 사용되고 있다. 하지만 산업적 전력 생산은 종종 광산 활동에서 나타나는 것 같은 다른 문제를 일으킨다.
더 깨끗한 대안은 지구에 가장 풍부한 원소인 수소다. 수소는 17세기 밝혀진 이래, 화학 산업에서 다양한 용도로 사용되고 있다. 하지만 수소를 에너지를 저장하는데 사용할 수도 있다.
현재 소비되는 수소의 대부분은 메탄을 산소와 탄소로 전환시키는 ‘증기처리’ 과정을 통해 생산되고 있다. 수소가 미래의 탄소 중립 에너지 시스템의 핵심이 되기 위해서는, 전기로 수소와 산소를 발생시키는 친환경적 전기분해 공정이 필요하다. 하지만 이 공정은 수소 생산 및 전기로의 전환 과정에 상당한 손실이 생기기 때문에, 상대적으로 효율성이 떨어진다.
재생 에너지 발전 용량의 증가가 이 문제에 대한 해결책이 될 수 있다. 현재, 풍력과 태양광을 통한 전력 생산은 간헐적일 수밖에 없고, 따라서 때로는 전력이 낭비되는 일이 일어나고 있다. 특히 과도한 전력이 생산되는 동안 수소가 해결책이 될 수 있다. 남는 전기는 수소를 생산하는데 사용하고, 다시 전기로 전환하기에 충분할 정도로 가격이 좋아질 때까지 저장할 수 있다.
또한 수소는 연료전지 전기 자동차(fuel cell electric vehicles; FCEV)에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있다. 토요타 같은 일본 자동차 업체들은 배터리 구동 전기 자동차(EV) 대신 FCEV에 베팅해 자동차 산업의 미래가 되고 싶어 한다. 하지만 배터리가 두 가지 면에서 우위에 있다. 첫째, 기존의 전력망을 사용할 수 있기 때문에 추가 인프라가 필요하지 않으며, 둘째 가격이 크게 떨어졌다. 배터리 가격이 지속적으로 낮아지고 있기 때문에, EV가 기존 내연 기관 자동차에 비해 경쟁력이 점점 더 커지고 있다.
EV에 비해 FCEV의 또 다른 단점은 상대적인 전력 손실량이다. 수소의 생산과 전기로 변환하는 과정에서 상당한 에너지 손실이 발생한다. 자동차에서 수소를 생산하고 소비하는 가장 효율적인 방법이라고 해도 EV에 비해 거의 두 배의 생산 능력이 필요하다.
수소가 상당한 전력 손실이 있긴 하더라도, 풍부하고 깨끗한 특성으로 미래 에너지 시스템에서 필수 불가결한 연결고리가 될 수 있다. 또한 수소를 생산하고, 전기로 전환하는 방법에 관한 더 많은 연구로 효율성 증대와 응용 가능성 개선으로 이어질 수 있다. 유럽 연합은 수소를 온실가스 감축 도구로 지정했다. 아시아에서는 중국 기업들이 2030년까지 FCEV 자동차 판매 100만 대를 목표로 하고 있다. 재생 가능 에너지 시대와 함께, 수소에 대한 관심이 높아지면서 급속한 기술 발전이 이어질 것으로 기대된다. 따라서 향후 업계에서 필요로 하는 수준으로 효율성은 높아지고, 가격은 낮아질 가능성이 높다.
자료 출처: Oilprice.com, “Hydrogen’s Role In The Energy System Of The Future”
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