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수소, 미래를 살릴 친환경 에너지가 될 것인가
수소, 미래를 살릴 친환경 에너지가 될 것인가
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  • 승인 2019.03.14 20:56
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사진=연합뉴스
사진=연합뉴스

△주제 다가서기

뿌옇게 흐려진 시야에 오늘도 마스크를 준비하며 밖을 나선다. 파란 하늘을 보는 것이 ‘하늘의 별따기’가 되어 버린 요즘 정부도 미세먼지 대책을 마련하느라 진땀을 흘리고 국민들은 개인의 건강을 위해 다양한 방법으로 미세먼지와 싸우고 있다.

미세먼지의 주범은 자동차 배기가스, 매연, 화력발전 등 화석연료의 사용이다. 정부는 자가용 대신 대중교통을 장려하고 화력발전소나 노후 경유차 등을 규제하고 있지만 장기적이고 체계적인 대책이 필요한 실정이다. 전 세계는 화석연료를 대체할 새로운 에너지 개발에 집중하고 있으며 미래 사회를 주도할 에너지원으로 수소를 주목하고 있다.

이번 호에서는 정부가 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 살펴보고, 수소경제의 필요성과 우리의 나아갈 방향을 생각해보고자 한다.

△생각열기

<자료1> 미세먼지, 한국이 美·日보다 ‘수소전기차’ 더 절박한 이유

“한국은 요즘 미세먼지로 골머리를 앓고 있습니다. 공기정화 기능을 갖춘 수소전기차 ‘넥쏘’의 역할과 가능성이 커지는 이유입니다.”

지난달 28일 일본 도쿄 ‘FC(수소연료전지)엑스포’ 기간 중 열린 기술세미나에서 전순일 현대차 연료전지설계팀장은 미세먼지로 잔뜩 뒤덮인 서울 시내 전경 사진을 보여주며 강조했다.

전 팀장은 수소전기차가 공기 정화 기능과 함께 △WTW(Well to Wheel·유정에서 바퀴까지) 효율성 △에너지 운반체 △일자리 창출 기능 등을 갖춤으로써 미래 자동차 시장에서 잠재력을 갖추고 있다고 설명했다.

일본·미국·유럽 등 선진국에서 온 청중들은 전반적으로 공감을 표하면서도 ‘미세먼지’ 부분에선 무덤덤한 표정이었다.

그들에게 미세먼지란 우리와 달리 당장 눈앞에 닥친 ‘환경 재난’은 아니었기 때문이다. 실제 이날 전 팀장과 함께 강연을 한 수소전기차 라이벌 토요타·혼다의 연구진들은 지구온난화 방지를 위한 CO2(온실가스) 감축을 개발 배경으로 꼽았다.

한국은 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 초미세먼지(PM2.5) 농도가 칠레에 이어 두번째로 높은 국가일 정도로 상황이 심각하다. 같은 수소전기차 개발국이지만 주 목적과 용도 우선 순위가 그들과 다를 수 밖에 없단 얘기다.

때문에 우리 정부가 수소전기차 구매자에 대한 인센티브를 더욱 확대하는 한편, 택시·버스 등 대중교통을 수소전기차로 교체할 수 있도록 재정 지원에 나서야 한다는 목소리가 높아지고 있다. 중대형 디젤 상용차의 수소전기차 대체 효과가 상대적으로 높다는 분석이 다수다.

수소전기차는 필터를 통해 산소를 모으는 과정에서 미세먼지 99.9% 이상을 제거해 ‘달리는 공기청정기’, ‘궁극의 친환경차’로도 불린다. 넥쏘 10만대가 2시간을 달리면 서울시 인구의 86%(854만명)가 1시간 마실 수 있는 공기를 정화할 수 있는 것으로 추산된다.

특히 버스의 경우 승용차보다 주행시간이 길어 미세먼지에 미치는 영향이 크다. 서울시에서 운행 중인 버스 6951대를 모조리 수소전기버스로 바꿀 경우 약 53만명이 1년 동안 청정 공기를 마실 수 있다는 게 현대차 설명이다.

앞서 문재인 대통령도 지난 1월 울산에서 열린 수소경제 활성화 로드맵 발표장에서 “요즘 수소전기차 부분은 내가 홍보모델”이라며 넥쏘의 미세먼지 정화 기능에 높은 관심을 표명키도 했다.

김필수 대림대 자동차과 교수는 “미세먼지 등 환경적 관심이 높아지는 현황에서 정부의 수소전기차 등 친환경차 보급은 중장기적인 관점에서 선택이 아닌 필수적 요소”라고 말했다. 우리나라에 미세먼지 영향을 미치며, 자국 내에서도 미세먼지 문제를 겪고 있는 중국도 상용을 우선으로 수소전기차에 정책적 지원을 강화하는 추세다. <출처: 머니투데이, 2019.3.7.>

-한국이 미국이나 일본보다 수소전기차가 절박한 이유는 무엇입니까?

-<자료1>을 읽고, 수소전기차의 장점을 찾아 적어봅시다.

-수소전기차가 ‘달리는 공기청정기’, ‘궁극의 친환경차’로 불리는 까닭은 무엇입니까?

△생각키우기

<자료 2> 수소생태계를 활성화하자

환경 문제에 대한 관심이 지금처럼 높았던 적이 있었던가? 일 년 중 가장 춥다는 절기인 대한(大寒)에도 추위보다 더 큰 관심은 미세먼지였다. 정부는 ‘미세먼지 비상저감조치’를 통해 미세먼지의 농도를 제한한다고 하지만 효과도 미미할 뿐만 아니라 일시적 처방에 불과하다. 결국 친환경 에너지를 통해 석탄과 석유의 사용을 줄여 나가는 근본적 해결책이 필요하다. 이러한 맥락에서 탄소배출이 전혀 없이 물만 배출하는 차세대 친환경에너지인 수소가 주목을 받고 있다.

올 1월 정부는 2040년까지 국내 수소차 290만대 보급, 수소 충전소 1200개 확충을 골자로 하는 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표하면서 ‘세계 최고 수준의 수소경제 선도국가로 도약’을 선언했다. 이를 통해 우리 정부가 수소를 단순히 환경 문제의 해결책을 넘어 신성장 동력으로 바라보고 적극 지원하겠다는 의지를 담았다고 본다. 그렇다면 수소를 신성장동력으로 하는 수소 경제 활성화를 위해 필요한 것들은 무엇일까?

먼저 원활한 수소의 생산 및 공급이다. 국내에서 수소를 얻는 방법은 액화천연가스(LNG)에서 추출하는 추출수소,석유화학 및 제철 공정에서 부산물로 발생하는 부생수소, 물을 전기분해해 수소를 얻는 수전해수소, 그리고 해외에서 생산된 수소를 수입하는 것이 있다. 추출수소는 추출 과정에서 이산화탄소가 발생해 환경오염의 우려가 있다. 수전해수소 역시 전기분해에 사용되는 전력을 화력 발전을 통해 생산해야 한다. 그리고 부생수소의 생산량은 석유화학 및 제철 공정의 가동률과 관계가 있어 생산량을 조절하기가 쉽지 않다. 다시 말해 친환경 에너지인 수소를 생산하기 위해 환경오염이 전제되는 아이러니가 발생한다.

공급 측면 외에도 해결해야 할 과제가 많다. 상온에서 기체 상태로 존재하는 수소는 저장과 운송이 어려워 충전소의 설치는 물론 궁극적으로는 차량 및 가정용 전기로의 활용을 위한 기술 개발이 필요한 실정이다. 수소의 안전성에 대한 국민들의 우려도 수소 사회로의 진입에 걸림돌이다. 기체 상태의 수소가 공기와 혼합되면 발화 및 폭발의 위험이 실제로는 매우 낮다고 알려져 있다. 그러나 사실 여부와 관계 없이 수소에 대한 불안감이 존재하기 때문에 국민들에게 안전한 에너지원으로 인식되기까지 시간이 필요할 것으로 보인다.

무엇보다 가장 큰 문제점은 경제성이다. 수소는 금속 등의 소재에 흡수되어 부품의 수명을 줄어들게 하는 화학적 특성으로 인해 FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)모델의 부품 소재는 기존 내연기관 모델에 사용되는 부품에 비해 높은 비용이 든다.

부족한 수소 충전 인프라도 수소차 구매를 어렵게 하는 요인이다. 현재 2018년 기준 국내 수소 충전소는 14개로 수소 인프라의 확충이 없이는 수소차의 상용화가 불가능하다. 현재는 관련된 규제로 인해 수소 충전소의 도심 내 설치가 사실상 불가능한 상태이고, 수소 충전소 건설하기 위해 약 30억원 규모의 비용이 소요되는 점도 수소 인프라 확충을 위해 개선돼야 할 부분이다. 수소경제 진입의 초기 단계에는 획기적 보조금 지원이나 공공기관의 수소 충전소 보급과 같은 정부 차원의 구체적 지원정책 아래 수소 생태계를 만들기 위한 적극적 노력이 필요하다.

우리나라는 2013년 현대자동차가 세계 최초로 FCEV모델을 개발했을 정도로 관련 기술에서 우위를 점하고 있으며 배터리 산업 역시 높은 수준의 기술력을 보유하고 있다. 또한 부생수소를 통해 초기단계에서의 안정적 수소 공급이 가능하다는 이점이 있다. 우리가 가진 강점을 살려 이미 오래전부터 수소생태계를 준비하고 있는 경쟁국을 넘어 앞으로 다가올 친환경 시대에서 수소생태계가 새로운 산업으로 육성되었으면 한다. <출처: 아시아경제, 2019.2.1.>

- <자료2>에서 수소 경제 활성화를 위해 필요하다고 말하고 있는 것들을 찾아 정리해봅시다.

- 우리나라가 ‘세계 최고 수준의 수소경제 선도국가로 도약’하기 위해 정부, 기업, 국민들이 각각 어떤 노력을 해야 하는지 논술하여 봅시다.

△ 생각나누기

아래 기사를 읽고, 정부의 ‘수소경제 활성화 로드맵’에 대한 찬반 입장을 정리해 보고 자신의 입장을 정한 후 근거를 더 찾아 친구들과 함께 토론하여 봅시다.

“수소사회, 초기 투자 밀어줘야” vs “신재생도 확대해야“

지난 19일 오후 서울 종로구 머니투데이 본사에서 열린 ‘한국 수소사회·경제 로드맵 진단’ 토론회는 예정된 시간을 넘겨 2시간 이상 치열하게 진행됐다.

토론회에선 ”수소전기차 등 수소산업에 대한 적극적인 지원이 필요하다“는 의견과 ”수소경제 활성화 로드맵 전반에 대한 검증이 필요하다“는 주장이 팽팽히 맞섰다.

찬성 토론자로 참여한 박진남 경일대 신재생에너지학부 교수는 ”탄소경제에 기반한 현재의 환경문제를 해결하기 위해 수소가 현실적인 대안“이라며 ”수소산업을 키우기 위해 수소전기차와 수소충전소 보급이 필요하다“고 주장했다.

이승훈 수소융합얼라이언스추진단 사무총장도 ”한국은 수소전기차 양산 기술을 보유하고 있지만, 관련 인프라가 유럽, 일본, 미국보다 부족하다“며 ”정부의 적극적인 예산 투입이 필요하다“고 주문했다.

이 사무총장은 특히 ”수소가 화석연료 내연기관을 대체할 무궁무진한 가능성을 지닌 에너지인데다 수소전기차의 기술장벽이 높아 한국이 세계시장을 주도할 수 있는 신성장동력“이라고 강조했다.

반대 측 토론자로 나선 김지석 그린피스 기후에너지 스페셜리스트는 ”수소전기차 보급과 수소경제는 시간과 비용이 너무 많이 들 것“이라면서 ”수소경제 로드맵에 대한 제대로 된 검증이 필요하다“고 지적했다.

양이원영 에너지전환포럼 사무처장 역시 ”한국의 신재생에너지 비중이 2%밖에 안 되는 상황에서 이를 건너뛰고 수소 경제로 가겠다고 하는 것은 말이 안된다“고 비판했다.

특히 반대 측 토론자들은 친환경차 시장에서 전기차가 수소전기차에 앞섰다고 주장했다. 김 스페셜리스트는 ”수소전기차가 전기차에 비해 에너지효율이 떨어진다“면서 ”온실가스 감축 효과도 크지 않다“고 주장했다.

토론회 사회를 맡은 정만기 한국자동차협회 회장은 ”수소전기차와 전기차 모두 미래 친환경차 시장에서 중요한 역할을 할 것“이라면서 ”시장이 형성된 전기차보다는 이제 개발단계인 수소전기차에 대한 지원이 필요하다“고 말했다. <출처: 머니투데이, 2019.2.21.>

△참고 자료

<자료1>수소가 친환경에너지로 각광을 이유는?

우선은 수소연료전지에 이용하는 핵심부품인 스택(Stack)이 수소에너지를 친환경에너지로 주목하게 만든 이유 중 하나다. 스택은 공기 중의 산소와 수소를 결합해 전기를 만드는 것으로 위에서 말한 기존 전기분해의 과정을 거꾸로 실행하는 역할을 하는 부품이다.

이 과정이 제대로 실행되기 위해서는 미세먼지가 제거된 깨끗한 공기가 필요한데 수소전기차의 경우 달리면서 전기를 생산하는 과정에서 공기를 빨아들여 정화 후 배기구에 깨끗한 수증기와 산소를 배출한다.

이러한 과정을 통해 결과적으로 공기를 깨끗하게 하기 때문에 현재 수소차가 ‘궁극의 친환경차’이자 ‘달리는 공기청정기’로 주목을 받고 있는 것이다. 실제로 현대자동차의 넥쏘는 한 시간 주행 시 26.9kg의 공기를 정화할 수 있으며 이는 성인 42명이 한 시간 동안 호흡하는 공기량에 해당한다.

또한 수소를 많이 소모할수록 공기 정화 능력이 뛰어나다는 것도 수소에너지가 수송 차량 특히 대중교통에도 주목하게 만들었다. 실제로 수소버스가 주목을 받는 이유도 수소승용차가 2톤 수소택시가 8톤의 온실가스의 저감이 가능한 것에 비하면 수소버스는 연간 56톤의 온실가스를 저감할 수 있어 높은 환경개선의 효과를 가져 올 수 있기 때문이다.

다만 현재 나오는 수소에너지가 천연가스 개질, 부생수소 등 화석연료에 기반해 얻는 수소이기 때문에 앞으로는 수소를 생산하는 과정에서도 재생에너지를 활용해 얻는 친환경방식으로 생산하고 바이오가스 등으로부터 정제된 친환경 수소를 활용한 수소충전소 구축이 필요하다.

<자료2>수소, 위험한 에너지 아닌가?

흔히 수소하면 갖는 생각 중 하나가 위험한 에너지가 아니냐는 것이다. 실제로 수소의 특성 중 하나가 폭발성이 있다는 점이며 오래전 비행선에서도 수소를 이용했다가 정전기 스파크로 인해 폭발하는 사고가 일어난 적이 있기 때문에 수소폭발이 빈번하게 일어나는 게 아닌가 생각할 수 있다.

하지만 수소가 가연성이 크며 폭발성은 있어도 실제로 폭발사고가 잘 발생하지 않는다는 점도 간과하면 안 된다. 수소가 산소와의 반응이 강하고 조금의 에너지만 있어도 산소와 폭발적으로 반응하긴 하지만 수소의 최소점화에너지는 0.011mJ로 메탄의 0.28mJ, 프로판의 0.25mJ보다 적다.

특히 수소의 무게 당 발열량은 모든 물질 중에서 가장 크며 공기 중에서 연소 시 2,300℃, 산소 분위기에서 연소 시 3,000℃까지 온도를 올릴 수 있어 수소의 공기 중에서 자연발화 온도는 585℃인 것으로 나타났다. 이는 메탄이나 프로판의 자연발화 온도보다 높은 수치다.

또한 수소가 세상에서 가장 가벼운 물질이기 때문에 누설 시에도 바로 공중에 날아간다는 점도 안심할 수 있는 요소다. 수소차에도 사고 시 방출밸브를 통해 수소를 바로 공중에서 분출한다는 점이 바로 이런 수소의 성질을 이용한 것이라고 할 수 있다. 그리고 만약 이런 수소 누설 사고가 일어나는 것을 대비해 수소차는 수소 누설 감지센서를 장착하고 있으며 수소탱크는 탄소섬유로 감겨 있어 폭발하지 않고 찢어지는 성능을 갖고 있다.

< 출처: 투데이에너지, 2019.1.7.>

△학생글

<학생글1>

월성초등학교 6학년 조성빈
월성초등학교 6학년 조성빈

수소전기차 사용을 활성화 해야 한다

요즘 한국은 미세먼지가 심하다. 미세먼지로 인해 많은 피해와 불편을 겪고 있다. 그러기 때문에 국민들은 정부에서 대책을 마련해주기를 바라고 있다.

나는 미세먼지의 주된 원인이 화석연료의 사용이라는 것을 알게 되었고 그래서 친환경에너지를 이용한 대책을 마련했으면 좋겠다. 그중에서 수소에너지를 이용한 수소전기차 사용을 활성화해야한다고 생각한다.

수소전기차의 가장 큰 장점은 미세먼지정화기능이 뛰어나다는 것이다. 이 것 하나만으로도 재난급의 미세먼지 문제를 해결할 수 있다고 본다. 휘발유나 경유를 이용하는 자가용이나 버스를 대신해서 수소전기차, 수소전기버스 등으로 바꾼다면 최악의 미세먼지는 피할 수 있을 것이다.

수소에너지를 이용한 수소전기차를 많은 사람들이 간편하게 이용하려면 여러 가지 해결해야할 문제들이 많다는 것도 알고 있다. 하지만 돈이 많이 들고 시간이 많이 걸린다고 해서 언제까지나 미루고 있을 수는 없다. 하루 빨리 수소전기차 사용을 활성화해서 우리나라의 미세먼지 문제를 해결하면 좋겠다. /월성초등학교 6학년 조성빈

<학생글2>

수소사회, 그 막대한 비용을 어떻게 감당할 것인가

월성초등학교 6학년 박시현
월성초등학교 6학년 박시현

수소경제를 활성화하려면 많은 노력과 시간이 필요하다.

미세먼지를 제거하고 물만 배출하는 친환경자동차인 수소전기차는 1대 판매 가격은 7000만~8000만 원대고 충전소가 부족하여 사람들이 수소전기차 사는 것을 망설이고 있다. 또 수소충전소 1개를 만들기 위해는 약 30억 원의 비용이 든다고 한다. 2040년까지 1200개의 충전소를 건설한다고 발표한 정부는 그 막대한 비용을 어떻게 감당할 것인가?

실제로는 폭발할 가능성이 낮지만 많은 국민들은 수소가 언제든지 폭발할 가능성이 있는 위험한 것으로 알고 있다. 수소에 대한 불안감을 갖고 있기 때문에 국민들에게 안전한 에너지로 여겨지기까지는 시간이 필요하다.

바싼 차 가격과 부족한 충전소뿐만 아니라 수소에 대한 불안감을 없애는 문제를 해결하여 수소사회로 나아가는 일은 매우 힘들 것이다. 여러 사람들의 노력과 많은 비용 그리고 많은 시간이 필요할 것이다. /월성초등학교 6학년 박시현

/제작 = 김제 월성초 교사 최정희


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