대도시 시내버스의 연료를 도시가스와 같은 성분인 메탄(CH₄)을 사용하여 대기오염을 상당히 줄이는 효과를 얻고 있다. CNG(압축천연가스) 버스가 처음 출시되었을 당시에도 가스연료에 대한 막연한 두려움으로 인해 도입에 어려움이 있었다고 한다.

지금 사람들에게 수소하면 무엇이 떠오르는가를 물었을 때 수소폭발 또는 심지어 수소폭탄을 이야기하기도 한다.

수소는 원소기호 1번으로 가장 가벼운 물질이고, 공기 중에도 0.5ppm의 수소가 함유되어 있으며 대부분은 산소와 결합한 상태인 물이나 탄소 및 산소와 결합한 형태인 유기물질의 형태로 존재한다.

누출이 되어도 도시가스에 비하여 4배 빠른 속도로 위 방향으로 확산되고, 속도가 워낙 빠르기 때문에 완벽하게 밀폐된 공간이 아니면 누적되기 어렵다.

불이 붙더라도 화염 속에는 탄소가 없으며 수증기만 있고 수증기가 열을 흡수하기 때문에 방사열이 현저하게 낮아져서 2차 화재의 위험이 적다.

수소폭탄의 경우는 어휘만 비슷한 오해에서 비롯되었다고 할 수 있다. 수소에 불이 붙는 것이 화학적인 반응이라면, 수소폭탄은 핵융합이 일어나야 가능한 물리적인 반응이라 할 수 있다.

태양에서 내뿜는 에너지가 바로 핵융합 반응이며, 지구상에서는 중수소와 삼중수소의 반응은 4,000만도에서 일어날 수 있고, 중수소와 중수소의 반응은 1억 도의 온도를 유지해야만 일으킬 수 있다.

참고로 중수소는 수소 중에 0.015%가 있지만, 삼중소수는 1×10-18(1초에 하나씩 셀 때 300억년에 한번 나오는 정도)이므로 지극히 희박하다고 보면 되며, 자연 상태에서의 반감기는 12년이다.

우리가 사용하고 있는 연료는 에너지 상태가 높기 때문에 모두 위험성을 내포하고 있으며, 휘발유나 천연가스에 비하여 수소가 더 위험하지는 않다는 것이 실험에 의한 결과라고 할 수 있다.

수소는 자원이 풍부하므로 미래에 사용할 수 있는 대표적인 친환경 무공해 에너지라고 할 수 있다.

현재는 석유화학공업에서 대량의 수소가 사용되고 있으며, 주로 원유에 포함되어 있는 유해물질인 황을 제거하거나, 가격이 저렴한 중질유 성분을 상대적으로 고가인 휘발유나 디젤 성분으로 변환하는 HOU(Heavy Oil Upgrade) 공정에 사용되고 있다. 석유화학 공정에서 부산물로 발생하는 부생수소는 정제과정을 거쳐 대부분 사용되고 있으며, 부족한 양은 탄화수소와 물을 반응시켜 제조하고 있다. 도시가스를 사용한 수소 제조의 화학식은 다음과 같다.

CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2

수소의 반은 메탄에서 나오지만 다른 반은 물에서부터 나오고 있으며, 발생되는 이산화탄소는 회수공정을 거쳐 고농도로 가공한 후에 탄산가스, 드라이아이스 제조나 다른 공정의 원료로 판매되고 있다. SK에서는 이산화탄소를 원료로 플라스틱을 만드는 공정을 개발하가도 하였다.

수소, 대표적 무공해 에너지 인식 확산 必

韓 기술력 세계 수준에 비해 보급 늦어져

최근에 이슈가 되고 있는 셰일가스는 수평시추 기술의 발전에 더불어 500∼1,000기압의 물을 분사하여 셰일층에 인공적인 균열을 발생시키는 수압파쇄법에 의해 경제적인 생산이 가능하게 되었다.

주로 미국과 중국에 대량으로 분포되어 있으며, 인류가 향후 60년간 사용할 수 있는 막대한 양이 매장되어 있는 것으로 확인되었다.

셰일가스의 주성분은 도시가스로 사용하고 있는 메탄이며, 조만간 미국의 셰일가스가 도입되면서 메탄의 가격은 떨어질 것으로 예상되고 이에 따라 수소의 가격도 낮출 수 있을 것이다.

수소경제시대는 일반인도 수소를 편리하게 구입하고 사용할 수 있는 여건의 조성으로부터 시작될 것이고, 그 시작은 연료전지자동차의 수소연료가 될 것으로 예상된다.

현대자동차는 뒤늦은 1998년에 연료전지자동차 개발을 시작하였지만 올해 1월에 연료전지자동차 분야에서는 세계 최초로 워즈 오토 엔진상을 수상하고, La Revue에서 올해의 친환경차로 선정되는 등 기술력에서는 세계적으로도 선두권에 있다고 할 수 있다.

현대자동차는 2013년 2월에 세계 최초로 연료전지자동차 대량생산라인을 완공하였고, 토요타자동차는 2014년 말에 출시한다고 발표하였지만 실제로는 올해 초부터 생산된 것으로 보인다.

연료전지자동차의 초기시장은 일본이 우리보다 1년 넘게 늦게 시작하였지만 현재 1,500대가 예약되어 있는 반면에, 현대자동차는 400대 정도를 생산하였으며 이중 90% 정도가 유럽과 미국을 포함한 외국에서 운행되고 있다.

우수한 기술력과 생산라인을 갖추었음에도 불구하고 초기보급에서 늦어지는 주된 원인은 수소충전소 보급의 차이에서 기인한다고 할 수 있을 것이다.

미국과 유럽, 일본의 경우 각각 100기 정도 또는 그 이상의 수소충전소를 건설하여 연료전지자동차를 소유한 개인이 편리하게 사용할 수 있는 여건을 마련하고 있다.

우리나라의 경우 20여기의 수소충전소를 건립하였지만 현재 가동될 수 있는 것은 9기이며, 이중에 투산 연료전지자동차를 충전할 수 있는 700기압 시설은 6기에 불과하다.

물론 수소충전소의 건설과 유지에는 시행착오가 있을 수 있지만, 이와 같은 현상의 반복을 방지하여야 할 것이다.

소수충전소의 보급과 확산을 위하여 환경부와 산업통상자원부를 비롯한 정부기관에서 주관하는 구체적인 로드맵작업이 완료되어 가고 있는 것으로 알고 있다.

다만 수소충전소 건설 이후의 사후 관리를 위해서는 일본의 HySUT(수소공급이용기술연구조합)와 같은 민간기관의 역할이 필요할 것으로 보인다.

전문성을 보유한 기관에서는 수소충전소의 운영과 유지, 보수에 대한 주체를 선정하여야 할 것이며, 설비와 운영상의 데이터를 반드시 확보하면서 보완사항을 도출하고 개선하는 것을 주된 임무로 수행하여야 할 것이다.

▲ 국내 수소충전소 현황(자료 : 김준범 교수).

▲ 세계 수소충전소 현황(자료 : 김준범 교수).

▲ 수소충전소 누적적자 단축을 위한 노력(자료 : 김준범 교수).