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  • 기사등록 2016-01-06 10:53:47
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수소, 에너지 산업 중심



수소(Hydrogen)는 물이라는 뜻의 Hydro와 발생하다라는 뜻의 gennao라는 그리스 합성어로 수소는 결국 물을 생성하는 원소라는 어원을 갖는다. 너무나 잘 알다시피 물은 H₂O라는 분자식에서 의미하듯이 공기에 많은 산소와 결합하면서 만들어 진다.

화학반응에서 A + B → C + D의 반응식이 있다면 반응의 목적은 C 또는 D를 얻기 위해서 또는 C와 D를 동시에 만들기 위해 정반응이 일어난다는 화학식이다.

이것을 수소와 산소의 화학반응식으로 표현하면 로 표현하는 것이 정확하다고 볼 수 있다. 그러나 단순히 분자 구조식으로 보면 H₂ + 1/2O₂ → H₂O 로만 표현해도 아무런 문제가 없는 화학식이다.

여기에 바로 각 원소의 해리에너지와 결합에너지의 차이로 인해 그리고 반응환경에 따라 전기까지 생성할 수 있다는 것은 분자의 세계에서 일어날 수 있는 화학의 놀라운 모습이라 할 수 있다.

이렇게 간단하게 전기와 열을 얻을 수 있고 부산물로 물만 생성하는데 에너지를 얻기 위한 완전 반응이라 할 수 있는데 왜 이리 수소반응에 의한 에너지를 얻는 것이 과학 기술이 발달한 지금도 어려울까 하는 것이 보통 사람들이 의아해 하는 이유이다.

필자는 화학을 전공하고 화공으로 학위를 받았다. 화학은 자연과학이고 화공은 공학이고, 화학은 분자단위에서 반응성에 중심을 두고 화공은 반응전과 후의 수율에 관심을 갖는 것이 일반적이다. 그러나 여기에 한 가지 더 추가를 한다면 화학은 보이지 않는 전자의 거동에 관점이 있고, 화공은 보이는 현상이 중요하다.

주지의 사실이지만 인류의 에너지는 나무에서 석탄, 석유, 현재의 천연가스까지 이어져 왔다. 이른바 천연가스까지는 화석연료인 탄소시대라 할 수 있으며, 화합물내 전체 분자량대비 탄소의 중량이 상대적으로 적어 이산화탄소의 배출이 줄어들 뿐이지 여전히 천연가스의 주성분인 메탄(CH4)을 연소시키면 생성물중 중량비로 55%의 이산화탄소가 발생되고 있다.

이를 좀 더 화석연료중 수소가 가장 많이 함유된 포화탄소수소인 알칸(Alkanes)족 화합물의 연소를 화학식으로 풀어보면 에탄의 연소로 발생되는 이산화탄소는 생성물의 전체양중 62%로 늘어나며 프로판의 경우 64.7%, 부탄은 66.2%, 펜탄은 67%로 탄소수가 많을수록 생성물중 이산화탄소의 함량이 늘어남을 알 수 있고 불포화탄화수소이면서 에탄과 같이 탄소가 2개 함유된 에틸렌의 경우 71%로 에탄에 비해 이산화탄소 함유가 9%가 높다.

물론 최종적으로 단일 성분인 탄소만으로 구성된 단체가 산화하면 100% 이산화탄소가 발생되는 것은 화학식에서 보여주는 불변의 진리이다. 물론 여기에는 화학식으로 표현되지 않아 보이지 않는 에너지가 동반되는 것이다.



친환경 에너지 전환 기반 에너지서비스 육성 필요

인류 궁극 에너지 H₂ 자급 에너지 안보 확보 가능



지구상에 존재하는 화합물중 메탄보다 풍부하게 존재하면서 에너지를 생성할 수 없는 물질이 없기 때문에 인류가 당면한 에너지와 환경 문제가 발생하게 된다고 할 수 있다.

많은 미래학자나 인류학자, 환경학자들이 우려하는 것이 2040년이 지나면 온실가스에 의한 지구온난화 문제로 생태계의 파괴와 그로 인한 에너지 문제, 식량의 불균형, 식수의 확보가 미래에 당면할 가장 핫이슈가 될 것이라고 이구동성으로 예측하고 있다.

최근에 파리에서 개최한 제 21차 UN 기후변화협약 당사국총회(COP21)에서 지구 온실가스중 80%가 탄소화합물이어서 이산화탄소와 메탄의 배출을 감축하자는 협약은 매우 고무적인 산업의 변화를 가져 올 수 있음을 다시 한 번 확인하는 계기가 되었다.

결국은 탄소배출이 적은 에너지의 사용과 신에너지의 개발이 새로운 산업의 방향으로 전개될 것은 명약관화한 사실이 되었다. 이제 신에너지를 이용할 수 있는 기술개발과 소재, 부품, 인프라 구축, 활용 및 상용화의 단계가 남아 있다.

우리나라에서도 최근 수소산업과 수소연료전지 산업이 이슈화가 되어가고 있으며 이제는 점차 에너지 패러다임의 변화에서 태풍의 중심에 와 있음을 실감하게 된다.

태풍의 눈은 조용하지만 주변은 이미 속도와 파괴력을 가늠할 수 없을 정도로 격변하고 있다는 반증이다.

일본에서는 동경올림픽을 계기로 수소경제사회로 진입한다고 하고 있으며 2015년에 도요타에서 출시한 미라이라는 수소연료전지차는 이미 세계적인 관심을 갖게 되었으며 국내에서도 현대차의 투싼 수소연료전지차의 가격을 내리게 된 계기가 되었으며 향후 친환경차량에서 현대와 도요타는 피할 수 없는 선두 경쟁을 할 것으로 보인다.

가정용 연료전지에서 일본은 독보적인 세계 선두를 지키고 있는데 이는 좋은 제품을 만드는 기업도 제몫을 다하였지만 일관성 있고 전략이 있는 좋은 정책을 제시한 중앙정부와 지방정부의 공조가 있었기에 가능한 일이었다.

중국도 대도시의 심각한 대기질 문제로 인해 친환경차 보급에 열심을 다하고 있으며 아마 친환경자동차의 상업판매에 대한 결전도 중국에서 이루어지지 않을까 조심스레 점쳐 본다.

비교적 청정대륙이라 할 수 있는 호주도 친환경 에너지의 확보와 정책을 체계적으로 수행하고 있으며 풍부한 갈탄을 일본과 협력하여 액화수소를 만드는 글로벌 사업을 진행중에 있으며 독일, 프랑스를 비롯한 유럽에서도 친환경성으 높인 에너지의 인프라 구축과 산업화에 박차를 가하고 있다.

예를들어 기존의 천연가스 파이프라인에 수소를 첨가하여 연소효율을 높이며 친환경에너지로 사용할 수 있는 방법과 수소의 이송 수단으로 이용하는 방안, 또한 바이오가스의 생산으로 바이오가스 차량과 바이오가스, 태양과, 풍력을 결합하여 수소생산을 하는 다양한 기술 방식을 제시하고 있다.

또한 국내외에서도 고부가 화합물을 생산하면서 동시에 수소와 산소를 생산 하기 위한 인공광합성 기술을 개발하고 있어서 향후 수소경제사회가 밀물처럼 천천히 오는 것 같지만 결국 드러난 갯벌을 다 덮듯이 에너지의 변환과 혁명은 기술의 개발과 경제성, 환경 규제에 따라 조용하지만 엄청난 파괴력을 가진 태풍처럼 불어올 것이다.

우리나라는 제조업 기반의 2차산업이 주력산업으로 잘 성장하였으며 넓지 않은 국토에 지역별로 산업 배분이 잘되어 있어 산업의 고도화와 이에 따른 기술서비스 산업만 더 뒷받침 된다면 지속적인 발전을 가져 올 수 있으리라 생각한다.

필자는 지금과 같은 주력산업의 고도화를 저 에너지 비용, 친환경 에너지의 전환을 기반으로 하는 에너지서비스 산업의 기술개발과 육성 정책이 필요하다고 본다.

그 에너지서비스 산업의 중심에 수소산업이 중심이 되어 있으며 수소에너지의 활용은 인류 궁극의 에너지인 수소의 이용으로 환경을 보존하고 언제 어디서나 자급할 수 있는 에너지 안보 , 부족한 물의 안정적인 생산, 그로 인한 식량의 확보가 가능할 수 있기 때문이다.

이상적인 구상이라 할 수 있지만 인류는 언제나 꿈꾸는 만큼 이룰 수 있었으며 신은 신의 영역을 침범하지 않는 한 간구하는 인류에게 허용하였다.

우리는 지금까지 열심히 살아왔고 앞선 기술을 잘 쫓아 왔다. 이제는 보이는 것으로만 승부를 걸 수는 없을 만큼 우리나라가 선두 그룹에 와 있음을 부인할 수 없다.

앞서 언급하였지만 화학반응식으로만 볼 때 수소와 산소의 결합은 물로만 끝날 수 있지만 연소를 시켜면 열이 나고 촉매와 반응시키면 전기와 열이 나오지만 눈으로 볼 수 없는 에너지가 나오는 것을 간과하여서는 안 된다.

그러기에 요즘 인문학의 중요성이 강조되면서 창의와 창조적 사고가 있어야 보이지 않는 것을 볼 수 있다는 것을 반증하는 것이다.

최근에 선보인 공상과학영화인 ‘마션’에서도 수소가 있음으로 에너지를 빌생할 수 있고, 물을 얻고 또한 식물을 재배할 수 있음은 픽션을 영화화 한 것이라 할 수 있다.

물론 그 근원은 우주에서 무한히 존재하는 수소가 있기 때문이며 태양의 구성원소가 수소이기에 이미 수소에너지의 혜택을 받고 있기 때문이며 지구의 근본 에너지도 수소에너지에서 다시 시작해야 할 것이다.

국내에서도 몇 년동안 수소산업의 육성과 홍보, 정책 제안, 기술개발을 진행하여 왔지만 새해에는 좀 더 구체적이고 일관성 있는 산업육성이 되길 기원해 보며 수소산업의 중심에 대한민국이 있다는 것을 보여 줄 수 있기를 기대해 본다.

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