수소경제 활성화 로드맵 무엇이 문제인가?

작성자: leeseongho21 - 2019.02.14

정부의 <수소경제 활성화 로드맵>에 따르면 수소경제란 ‘수소가 자동차 등 수송용 연료, 전기·열 생산 등 주요한 에너지원으로 사용되는 경제’이며, 이는 국가경제, 사회, 국민생활 전반에 근본적 변화를 초래하며, 수소가 경제성장(새로운 성장동력)과 친환경 에너지의 원천이라고 밝히고 있습니다. 이에 대해 살펴보겠습니다.
수소는 지구에서 자연상태로 존재하지 않으며, 물과 화석연료인 탄화수소 형태로 존재합니다. 수소를 생산하는데 들어가는 에너지가 수소를 소비함으로써 얻는 에너지보다 크기 때문에 수소를 많이 사용할수록 그 사회는 에너지를 더 많이 소비하게 됩니다. 따라서 수소경제는 허구이고, 지속가능하지 않습니다.
가스에서 수소를 생산하여 연료전지를 사용하여 에너지를 얻기보다는 가스를 직접 사용하여 필요한 에너지를 얻는 것이 쉽고, 효율적입니다. 환경을 위해 가스에서 이산화탄소를 포집하여 저장하고자 할 때, 에너지 손실이 크지만 불가피하게 수소를 에너지원으로 사용합니다.
전기 100을 사용하여 전기분해로 물에서 수소를 생산, 저장한 후, 연료전지로 얻을 수 있는 전기의 양은 30미만입니다. 태양광, 풍력 전기가 남아돌 때, 전력 저장 기술로 수소가 타당한지 의문입니다. 전기는 배터리에 저장했다 사용하는 것이 가장 효율이 좋습니다.
수소차를 주장하는 사람들은 전기차의 1회 충전 주행거리와 충전 속도에 기술적 한계가 있다고 주장합니다. 주행거리는 배터리를 얼마나 탑재하는가에 따라 달라집니다. 현대차 코나는 64kwh탑재로 400km 주행합니다. 전기차의 초기 모델들이 25kwh 전후의 배터리를 탑재하여 150km 내외의 주행거리를 보였던 것과 비교하면 알 수 있습니다.
전기차의 충전속도는 충전기의 능력에 따라 좌우됩니다. 코나의 64kwh의 배터리 잔량이 14kwh일 때 50kwh를 충전하여 완충하려면 가정용 5kw설비는 10시간이 소요되며, 기존 고속충전 50kw설비는 1시간, 현대-SK의 신규 고속충전 350kw설비는 8분40초 소요됩니다. 수소충전소 제작비용 30억의 1/100이하로 고속전기충전기 얼마든지 공급할 수 있습니다.
지난 수십년의 연구와 실증을 통해 수소를 통한 에너지의 저장과 이용이 매우 어렵다는 것을 많은 사람들이 알게 되었습니다. 수소는 부피가 커서 고압으로 저장하거나 액화하여 사용합니다. 고압으로 저장하는데 10% 이상의 에너지 손실이 있고, 액화하는데 30% 이상의 에너지 손실이 발생합니다. 고압으로 장기 저장하면 수소가 용기가 반응하는 수소 취성이 발생합니다. 수소를 고압기체로 저장할 경우에 기화손실(boil-off loss)을 피할수 없으며, 액화상태(–253℃ 이하)로 저장하면 기화손실은 고압기체보다 훨씬 더 커집니다. 액화수소의 기화손실은 대개 1%/일입니다. 장거리 수소의 운반은 장난이 아닙니다. 수소산업협회의 보고서는 운반거리가 200km가 넘는 경우 부생수소를 사용하기 보다는 현지에서 가스에서 추출하는 것이 유리하다고 합니다.
때문에 최근에는 수소를 메탄, 메탄올, 암모니아 등으로 변환하여 저장하는 방법이 연구되었습니다. 그런데 수소를 메탄, 메탄올, 암모니아로 변환하는 것은 변환손실이 커서 경제성이 더욱 떨어집니다.
수소는 가스, 석유, 석탄에서 추출할 때 막대한 에너지를 소비하고, 이산화탄소 등 오염물질을 배출한 결과로 생산됩니다. 화석연료에서 수소를 생산할 경우에 이산화탄소 포집, 저장을 하지 않았다면 그 수소는 깨끗한 에너지가 아닙니다. 또한 화석연료에서 수소를 추출, 사용하는 경우 에너지 종합효율이 다른 에너지 사용기기보다 낮을 경우는 국가전체적으로 이산화탄소 배출을 늘리는 일입니다.
가스에서 수소를 추출할 때 추출 효율은 최고 70%입니다. 수소를 700기압의 수소통에 저장하려면 10% 이상 에너지 손실을 맛보아야 합니다. 수송용 연료전지의 전기효율은 40%이지만 부하가 걸리면 효율 저하(30%)가 발생합니다. 결국 가스를 사용하는 수소차의 에너지 종합효율은 0.7*0.9*0.4=0.252가 최대치입니다. 가스복합화력의 전력생산효율은 50%이상입니다. 기존 전력망을 활용하여, 배터리에 저장하여 전기차에 사용하는 일이 국가적으로 에너지효율이 훨씬 좋습니다.
소형차는 전기차, 대형차는 수소차가 유리하다는 주장이 있습니다. 그러나 세계는 전기버스와 전기트럭이 급속하게 확대되고 있고, 심지어 전기 배(바지선)까지 상업 운항 중입니다. 국제적 운송업체인 UPS를 포함 여러 회사에서 대용량 전기트럭을 운행하고 있습니다. 일찍이 2000년대 초반에 미국에서 수소버스와 수소트럭이 출시되었으나 자리를 잡지 못하였습니다. 배터리는 자동차 뿐 아니라 드론, 로봇 등 각종 기기에 적용되어 시장을 확대하고 있습니다. 현재의 세계시장상황은 에너지저장 기술을 발전시켜온 수소·연료전지와 배터리의 수십년간에 걸친 치열한 경쟁의 과정이자 그 결과이기도 합니다.
원전시장에서 미 웨스팅하우스, 프 아레바, 일 도시바 등이 철수하니 세계의 1등 원전기술이 한국이라고 주장합니다. 수소연료전지도 원천기술 및 핵심기술이 모두 외국에 있어 수입, 제작하지만 수소차는 우리나라가 세계1등기술이라고 우깁니다. 참 많이 닮았습니다.
갑자기 탑다운으로 대통령까지 나서서 정부예산을 쏟아붓는 모습은 세계에서 유례를 찾기 어렵습니다. 지난 2005년에도 탑다운으로 수소경제사회 로드맵이 만들어진 적이 있습니다. 드라마의 재방송을 보는 듯합니다. 이론적으로나 실제적으로나 세계시장은 전기차가 대세입니다. 정부가 수소차에 올인하는 모습은 누군가 말려야 합니다.

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