🎩 수소가 경제를 바꾸는 주인공이 될 수 있을까?

2024. 2. 29.

수소가 경제를 바꾸는

주인공이 될 수 있을까?

구독자 안녕? 구독자는 지난 1주일 어떻게 보냈어? 날씨도 점점 풀리면서 오랜만에 영화관 나들이를 갔는데 관람객들이 기대한 것보다 많이들 있더라고. 요즘 인기작인 '파묘'를 봐서 그런지 객석에 자리도 꽉 찼고, 집에 오는 길에도 이제는 춥지 않고 시원해진 바람을 느낄 수 있었어. 이제 봄을 맞이해도 될 정도로 날씨가 풀렸나 봐.

2월의 마지막 날, 봄의 초입에서 마부뉴스가 선택한 주제는 바로 수소야. 구독자가 과학에 관심이 많이 없더라도 수소 이야기는 종종 들어왔을 거야. 총선을 앞둔 정치권에서도 기후 정책 중 하나로 수소경제 이야기가 들어가 있고, 기업들의 미래 전략에서도 수소는 빠지지 않고 등장하는 친구거든. 과연 수소가 뭐길래 얘기가 자꾸 되는 건지 마부뉴스가 한 번 정리해 봤어. 오늘 마부뉴스가 구독자에게 던지는 질문은 바로 이거야.

수소가 경제를 바꾸는 주인공이 될 수 있을까?

수소경제, 더디지만 가고 있다

이미 구독자도 수차례 수소경제 이야기를 많이 들어왔을 거야. 수소경제뿐 아니라 수소자동차, 수소연료전지 등… 수소로 인해 뒤바뀔 세상에서 존재감을 드러낼 다양한 친구들도 마찬가지일 테고. 수소경제는 말 그대로 수소가 에너지의 원천이 되는 경제 사회를 의미해. 지금은 우리가 사용하는 대부분의 에너지가 화석연료, 즉 탄소 기반의 에너지이지만 수소경제사회에선 수소가 중심이 되는 거야.

사실 경제 시스템에 수소를 활용하자는 건 100년 전부터 이야기가 나온 오래된 이야기야. 일찍이 영국의 유전학자인 존 홀데인은 영국의 석탄 매장량이 고갈될 경우, 수소를 이용해 에너지 저장용으로 사용하자고 제안했었거든. 수소경제라는 말이 등장한 건 그로부터 50년 정도 시간이 흐른 뒤야. 1970년 화학자 존 보크리스는 수소 중심의 에너지로 돌아가는 경제사회를 수소경제라고 명명했어.

그렇다면 왜 사람들은 일찍부터 수소에 관심을 둔 걸까? 수소가 여러모로 매력적인 부분이 있거든. 우선 수소는 우리 인간이 현재까지 우주에서 발견한 원소들 가운데 가장 풍부해. 즉 고갈 우려가 없다는 거지. 게다가 수소는 전기를 만들 때 오로지 물만 배출하는 친환경 에너지라는 거야. 온실가스를 줄이기 위한 우리들 입장에서는 수소가 마음껏 쓸 수 있는 궁극의 친환경 에너지라고도 볼 수 있는 거지. 거기에 에너지를 대용량으로 저장하는 수단으로도 탁월한 성질을 갖고 있어. 아래 그래프를 봐 볼래?

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우리가 사용하는 연료의 에너지밀도를 표시해 봤어. 에너지밀도는 연료가 가지고 있는 단위 부피당, 단위 질량당 에너지양을 의미해. 크면 클수록 효율이 좋다고 볼 수 있겠지. 수소의 질량당 에너지밀도를 봐 볼까? 수소의 질량당 에너지밀도는 142MJ/㎏으로 여타 다른 에너지들과 비교할 수 없을 정도로 좋아. 휘발유(46.4MJ/㎏)와 디젤(45.6MJ/㎏)의 3.1배이고, 천연가스(53.6MJ/㎏)의 2.6배 수준이지. 물론 부피 당 에너지밀도는 낮아서, 수소를 저장하고 운송할 때는 부피를 줄이는 게 관건이긴 해.

이렇게나 장점이 많은데, 왜 이렇게 속도가 더딘 걸까? 왜냐하면 수소를 활용하는 데 제약들이 많거든. 일단 자연상태에서 수소가 수소 그 자체만으로 존재하는 경우가 거의 없어. 가장 풍부한 원소인 건 맞지만 대부분이 물에 있거나, 탄화수소 즉 화석연료 안에 들어가 있는 거지. 이렇게 다른 화합물 상태로 존재하는 수소를 빼내려면 막대한 에너지를 들여야 해. 에너지를 들인다는 건? 돈이 많이 든다는 거야.

그러다 보니 전 세계 수소 생산량은 지지부진해. 국제에너지기구(IEA)에서 발간한 <Global Hydrogen Review> 보고서를 살펴보면 2022년 전 세계 수소 생산량은 95Mt으로 2021년 대비 3% 증가에 머물렀어. 수소자동차도 마찬가지야. SNE Research 기준으로 2023년 한 해 동안 판매된 수소자동차 규모는 1만 4,451대. 2022년과 비교하면 30.2% 감소한 규모야. 반면 전기자동차는 매년 판매량이 늘면서 2023년 한 해에만 1,406만 대 넘게 팔렸어. 수소차와 거의 1,000배 차이가 나.

그레이 수소를 넘어서… 형형색색의 수소들

화석연료에서 추출한 수소에겐 또 다른 이름이 있는데, 바로 그레이 수소야. 원래 수소는 무색, 무취의 원소인데 왜 갑자기 회색이 붙은 걸까? 왜냐하면 이 수소는 깨끗한 청정 수소가 아니라 때가 낀 수소거든. 화석연료에서 수소를 뽑아낼 땐 상당한 규모의 탄소가 배출돼. 진짜 친환경 수소가 아니라는 이유에서 뿌연 회색빛 수식어가 붙게 된 거야. 현재 우리들이 사용하는 수소의 절대다수는 그레이 수소야. 물에서 수소를 빼내서 쓰고 싶지만, 여기엔 돈이 너무 많이 들거든. 그래서 대부분 다 화석연료에서 뽑아내고 있어.

2022년 전 세계 수소 생산량 95Mt 중 99.3%가 화석연료에서 추출한 수소, 즉 그레이 수소야. 물을 전기분해해서 수소를 뽑아내는 방식을 이용한 건 0.1%에 불과하지. 그러면 이제 남은 나머지 0.6%는 뭘까? 이 녀석들은 그래도 조금이라도 탄소를 줄여보려는 노력을 한 수소를 의미해. 그레이 수소를 만드는 과정에서 배출되는 이산화탄소를 포집 기술을 이용해 줄였다면 이 경우엔 '블루 수소'라는 이름을 붙여주고 있어. 아래 그림을 보면 다양한 색깔의 수소 형제들을 만나볼 수 있어.

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결국 우리가 가야 할 목표는 그린 수소야. "재생에너지로 만든 전기를 이용해서, 물을 전기분해하고 수소를 얻는다." 말로만 들어도 너무나 완벽한 친환경 자원 아니겠어? 그래서 전 세계 국가들은 그린 수소를 만들기 위해 투자를 아끼지 않고 있어.

특히 우크라이나 전쟁으로 에너지 안보 위기를 겪은 유럽이 적극적이야. 일단 EU는 2050년까지 전체 에너지 비중의 23% 이상을 그린 수소로 달성할 계획을 갖고 있어. 비싸디 비싼 그린 수소의 제조 단가를 낮추기 위해 기술 발전에 투자하고, 인프라도 확충하고 있지. 더 이상 외부 충격에 흔들리지 않고, EU 자체적으로 독립된 에너지 군집을 이루기 위해 유럽 내 수소 파이프라인 건설도 진행 중이야.

미국도 대규모 투자를 계획하고 있어. 바이든 정부는 미국 전역에서 7개 지역을 뽑아 수소 허브로 키우기 위한 프로젝트를 발표했어. 미국은 그린 수소뿐 아니라 블루 수소와 핑크 수소도 청정 수소로 포함시키고 있어. 핑크 수소는 물에서 수소를 뽑아낼 때, 사용하는 전기가 원자력 발전일 경우를 말해.

그림으로 설명한 5가지 색깔의 수소 외에도 더 많은 수소들이 있어. 천연가스에 원자력을 이용한 터키색 수소, 원전의 열에너지만을 이용한 레드 수소, 전력망(그리드)을 이용해 만든 옐로 수소까지… 에너지 기업 입장에선 다양한 과정을 거쳐 수소를 생산해 활용하고 있고, 정부 입장에서도 수소 에너지 독려를 통해 친환경 에너지 정책을 운영하고 싶어 하니 둘 사이의 이해관계가 잘 맞아떨어지고 있는 거지. 그런데 문제는 이렇게 생산되는 수소가 정말로 친환경적으로 볼 수 있냐는 거야.

블루 수소, 너 정말 친환경 맞아?

그레이 수소를 그냥 사용하자니 탄소 배출량이 많고, 그린 수소를 하자니 재생에너지를 이용해야 하는 지라 생산 단가가 높고… 이 딜레마 속에서 현실적으로 선택할 수 있는 카드가 바로 블루 수소야. 그레이 수소처럼 화석연료에서 수소를 뽑아 쓰지만, 배출되는 탄소를 잘 관리하겠다는 거니까 나름 합리적인 방법이라는 생각이 들어. 하지만 실상은 그렇지 않다는 지적이 계속 나오고 있어.

2021년 코넬대학교의 로버트 W. 하워스 교수의 논문이야. 블루 수소를 생산하는 과정에서 발생하는 비산 메탄을 고려하면, 블루 수소의 탄소발자국이 상당하다는 분석이 나왔어. 비산 메탄이 뭘까? 구독자, 아마 비산 먼지는 들어봤을 거야. 비산 먼지는 특별한 배출구 없이 작업 과정에서 발생해서 대기 중으로 직접 배출되는 먼지를 의미해. 마찬가지로 비산 메탄도 작업 과정에서 발생해서 공기 중으로 배출되는 메탄을 의미하지.

천연가스에서 수소를 뽑아내기 위해선 일단 천연가스를 채굴하고, 운반하고, 저장해야 해. 그런데 이 모든 과정에서 메탄이 누출되고 있어. 거기에 수소 생산과정에서 발생하는 탄소를 포집할 때에도 에너지가 쓰이니까, 이것저것 다 합쳐서 계산해 보면? 천연가스를 그냥 연소시켜서 에너지를 얻는 것보다 온실가스 배출량이 20% 더 높다는 결과가 나와. 아래 그래프를 보면 알겠지만, 그레이 수소와 탄소배출량을 비교해도 9~12% 정도밖에 차이가 나질 않아.

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작년 말, 미국의 IEEFA(에너지경제·재무분석 연구소)에서도 하워스 교수의 논문과 비슷한 보고서가 발간됐어. 블루 수소에서 배출되는 메탄의 양이 예상보다 더 많으니, 블루 수소는 친환경적 대안이 아니라는 거지. 물 사용량에서도 블루 수소는 비판을 받고 있어. 블루 수소를 생산하는 과정에서 냉각 과정이 필요한데, 이것 때문에 그레이 수소보다 더 많은 물이 필요하거든.

미국에선 블루 수소가 정책의 뜨거운 감자로 떠오르기도 했어. 아까 위에서 이야기 한 미국의 수소 허브 프로젝트 기억나지? 미국의 7개 허브 지역 중 진짜 그린 수소는 2곳뿐이고 나머지 5곳은 핑크 수소와 블루 수소 허브거든. 미국은 청정수소에 보조금 혜택을 줄 계획인데, 과연 블루 수소와 핑크 수소도 보조금 대상이 되어야 하는지를 두고 환경단체와 에너지 기업 간의 찬반 논쟁이 뜨거웠어.

에너지 기업 입장에선 현재 상황에서 수소경제를 활성화하기 위해선 블루와 핑크 수소도 보조금 대상이 되어야 한다는 입장이었고, 환경단체에선 블루 수소는 그린 워싱이라며 반대했어. 그리고 그 결과가 지난해 말에 공개됐는데, 미국 정부의 선택은 뭐였을까? 바이든 정부는 환경단체의 손을 들어줬어. 미국 재무부가 발표한 보조금 기준을 살펴보면 청정 수소의 범위를 차등화해서 그린 수소에 해당하는 경우만 혜택을 받도록 했어.

Q. 유럽, 미국 말고 우리나라 상황은 어때?

사실 우리나라는 수소경제에 진심인 나라야. 2020년엔 전 세계 최초로 수소법을 제정했고, 수소경제 선도국가가 되기 위해 후속 로드맵을 꾸리고 운영하고 있지. 특히 올해엔 청정수소 인증제를 시작할 계획이야. 이 인증제는 앞서 살펴본 미국의 제도와 유사한 형태(등급제)로 되어있는데, 아직까지 어느 수준까지 보조금을 지급할지 정해지지 않아서 조금 더 지켜볼 필요가 있어. 관련 내용 업데이트 되면 마부뉴스가 전달해 줄게.

진짜가 나타났다? 땅 속의 '골드 수소'

그린 수소를 향해 힘겨운 발걸음을 내딛는 와중에 전해진 소식이 있어. 바로 수소 기체가 땅 속에서 발견되었다는 거였지. 맨 처음 수소 이야기를 하면서 이미 언급했지만, 자연상태에서 수소가 수소 그 자체만으로 존재하는 경우는 거의 없다는 게 일반적인 상식이었어. 그런데 2010년부터 땅 속에 대량의 수소가 저장되어 있다는 연구가 속속 들려오기 시작했어.

그러다가 지난달 8일, 프랑스와 알바니아 연구진이 역대 최대 규모의 천연 수소 웅덩이를 발견했어. 그리고 그 결과를 사이언스지에 발표했어. 연구진이 발표한 자료를 살펴보면 알바니아 광산지역에서 발견된 천연 수소 샘에선 수소 함유 비율이 85%나 되는 기체가 뽀글뽀글 올라오고 있었어. 지질학계에선 생각보다 지구상에 묻혀있는 천연수소의 양이 많을 수 있다는 기대감이 늘어났지. 이 기대감에 더 큰 불을 지핀 건 미국 지질조사국이었어. 2월 17일, 미국 지질조사국이 발표한 미공개 연구 결과에 따르면 전 세계에 천연 수소가 최대 5조t 규모 정도로 예측된다고 해.

마치 석유가 발견되던 그때처럼, 누가 천연 수소를 가지고 있을지에 이목이 집중되고 있어. 제2의 골드러시가 될 것이라는 낙관적인 전망도 나오면서 사람들은 이 천연 수소에다가 골드 수소, 화이트 수소라는 이름을 붙였지. 골드 수소는 그냥 발견만 하면, 큰 재처리 과정 없이 활용할 수 있기에 다른 수소에 비해 경제적이고 환경 부담도 압도적으로 적어. 그레이 수소가 이산화탄소를 10(CO2e/㎏), 블루 수소가 8을 방출한다면 골드 수소는 0.3 수준만 배출하거든.

우리나라도 지난해부터 국내에서 천연 수소가 묻혀있는지 체크 중이야. 한국석유공사는 현재까지 다섯 곳에서 천연 수소가 나오고 있는 것을 확인했다고 해. 관련해서 정밀 분석이 이뤄지고 있고, 천연 수소 활용 기술 개발 연구도 진행 중이라는 소식이 전해지고 있어. 정말로 천연 수소가 게임 체인저가 될 수 있을까?

오늘 준비한 마부뉴스는 여기까지야. 오늘은 수소경제와 블루 수소의 그린워싱 문제, 새롭게 발견되고 있는 천연 수소 이야기까지… 수소와 관련된 다양한 주제를 데이터와 함께 이야기해 봤어. 구독자는 수소경제에 대해 어떻게 생각하고 있어? 수소경제가 앞으로 우리 미래를 바꿀 신성장동력이 될 수 있을까? 아니면 아직까지는 실현 가능성이 높지 않을까? 구독자의 생각을 아래 링크를 통해 알려줘. 언제나처럼 긴 글 읽어줘서 너무 고마워 :)

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* 레터에 활용한 데이터와 기사들의 목록은 여기서 볼 수 있어.

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지난주 낙서장 주제는 <최근 소비 기록🛒>이었어. 구독자들의 다양한 소비 기록 중 몇 가지 소개할게! 먼저 무려 52cm 높이의 북 스탠드📔가 눈에 띄었어! 독서하다 보면 곧은 자세를 유지하기 어려운데, 52cm의 북 스탠드와 함께라면 좋은 자세를 유지할 수 있을 것 같아. 또 최근에 개봉한 화제의 작품인 ‘파묘’를 영화관🍿에서 소비한 구독자도 있었어! 이외에도 필요한 물건부터 부모님 또는 나를 위한 선물까지. 정말 다양한 소비 기록을 남겨주어 고마워 :)

오늘은 2월의 마지막 날이야! 내일이면 3월, 그러니까 봄이 시작될 텐데 구독자는 봄이 오면 하고 싶은 거 있어? 이번 주 레터 주제는 <봄이 오면 할 것🌱>이야. 따뜻해질 날씨를 상상하며 많이 남겨주길 바라🤗

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60초 안에 이번주 마부뉴스에서 다룬 주제와 관련한 쓸모있는 정보 7개를 골라서 요약해드립니다. 매주 7/60만 꼼꼼히 살피면 상식왕은 시간문제!😉 제목을 누르면 기사 페이지로 이동합니다.

Hydrogen production projects interactive map

전 세계에서 이뤄지고 있는 저배출 수소 생산 프로젝트를 국제에너지기구(IEA)에서 제공하는 인터랙티브 맵에서 확인할 수 있어. 2000년부터 2030년까지의 국가별 수소 생산 프로젝트의 진행 상태와 생산 용량을 알 수 있어. 또 그린수소를 만드는 기술인 수전해 방식과 블루수소를 만드는 탄소 포집 방식, 그리고 그 외 기술별 프로젝트도 얼마나 진행 중인지 살펴보자!🔍

수소경제 종합정보포털

2020년 2월 우리나라는 세계 최초로 ‘수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률’(수소법)을 제정했어. 이에 수소융합얼라이언스(H2KOREA)가 수소산업진흥전담기관으로 지정되기도 했는데, H2KOREA는 정부부터 지자체, 공기업, 민간기업 등 140여 개 수소경제 관련 기관으로 구성된 협의체야. H2KOREA에서는 수소경제 종합정보포털을 운영하며 수소 산업과 관련한 다양한 통계 및 국내외 정책 동향 등을 제공하고 있으니 확인해봐 ✅

HIDDEN HYDROGEN | Does Earth hold vast stores of a renewable, carbon-free fuel?

1987년 말리의 부라케부구 마을에서 물을 찾기 위해 우물을 파던 중 바람이 나오는 108m 깊이의 구멍 발견하게 됨. 한 인부가 담배를 피우며 구멍을 들여다보았을 때 폭발 사고 발생
2012년 구멍에서 무엇이 나오는지 연구하자 98%가 수소로 이뤄진 가스라는 것이 밝혀짐
지구상에 존재하지 않는다고 알려진 것과 달리 천연 수소는 지구 깊은 곳에서 지속해서 생성되고 축적됐음
2018년부터 말리 부라케부구 사례가 알려지고 천연 수소에 대한 논문 수 폭발적으로 증가. 이후 전 세계에서 수백 개의 천연 수소 누출이 문서화됨

2035년 내연기관車는 부유층 전유물?… 'e퓨얼'에 웃는 포·람·페

2035년부터 내연기관차 판매 중단 의사를 밝힌 EU가 자동차 산업을 보호하려는 독일 등 국가의 강력한 반대로 e퓨얼(e-fuel) 차량에 예외 두기로
e퓨얼은 전기 기반 연료의 약자로, 공기 중에서 포집한 이산화탄소와 그린수소를 합성하는 방식으로 만들어짐
e-가솔린이나 e-디젤은 기존 내연기관차 플랫폼과 주유소 등 인프라를 그대로 쓰기 때문에 전기자 전환 비용의 5%에 불과한 금액으로 100% 전환 가능
다만 e퓨얼은 가솔린보다 훨씬 비싸, 2035년 이후 포르셰, 람보르기니, 페라리와 같은 고급 스포츠카에만 쓰이며 부유층의 전유물이 될 것이라는 전망

Shades Of Gray, Blue And Green: Future Of (Sustainable) Hydrogen Economy

전 세계 수소 발전 시장은 2022년 1,595억 달러에서 2030년 3,340억 달러로 성장할 것
현재 암모니아 생산 및 정제 처리 능력이 상당한 중국과 인도 등 아시아 태평양 지역이 시장 주도하는 중
수소는 저장 및 운송 비용이 훨씬 저렴한 다른 에너지원에 비해 가격 경쟁력 측면에서 불리함
친환경 수소로의 전환은 2022년 전 세계적으로 50기가톤 이상으로 추정되는 총 탄소 배출량을 화학 및 산업 분야에서만 1기가톤 가까이 감축할 것

기후변화: '탄소 포집'이란 무엇이고 과연 지구를 구할 수 있을까?

1970년대 이후 ‘탄소 포집 및 저장(CCS)’ 기술 등 더 빠르게 대기 중 탄소 제거가 가능한 기술적 해결책 등장
화석 연료 발전소와 같은 대규모 배출원에서 이산화탄소를 포집한 후, 파이프라인이나 배를 통해 포집한 이산화탄소를 땅속 저장고로 옮기는 것
그러나 CCS가 탄소 배출량을 안정적으로 제때 감소시킬 수 있는 방법이 아닐 수 있으며, 더 많은 석유를 채굴할 수 있는 면죄부로 사용된다는 의견도 존재
CCS는 넷제로를 향한 불가피한 해결책이나, 초기 단계이고 상당한 비용 필요해

한국, 수소 트럭·선박·연료전지 기술 세계 최고… 2,800조 시장 이끈다