[기고]수소, 무한한 궁극의 에너지

수소는 이전부터 존재해 왔고, 미래 에너지원으로 새 변혁을 가져올 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 인류의 에너지원은 오랜 역사에 비해 많은 패러다임을 거치지 않았다.


산업혁명 이래 화석연료의 대량 사용으로 발생되는 이산화탄소, 질소화합물, 황화합물 등으로 지구 온난화 우려가 높아지고 있다. 전 세계적으로 이를 막기 위해 기후변화협약을 통해 신재생에너지 사용을 적극 권장하고 있다. 그 대표적인 예가 풍력, 태양광, 수소에너지다.

인류 역사를 보면 그동안 무수히 많은 철학과 종교가 등장하고 없어졌지만, 그 사이에 에너지의 변천은 고작 '나무-석탄-석유-가스-수소' 등이 뿐이다. 이런 에너지 패러다임에서 몇 가지 중요한 준거 틀을 발견할 수 있다. 첫째가 상변화(相變化, phase transition)다. 구하기 쉽고 취급하기 쉬운 고체에서 액체를 거쳐 기체까지 변화됐다는 것이다.

두 번째로 탄소와 수소만의 화합물 비율을 보면 나무는 거의 1대 1이고, 석탄은 1대 1.5, 석유는 대략 1대 2, 천연가스는 1대 4로 점차 탄소 비중이 줄고 수소의 비중이 높아지고 있음을 알 수 있다.

점차 기술은 환경과 안전을 책임질 수 있는 방향으로 '비가역적 패러다임'이 진행되고 있다는 점을 알 수 있다. 최근 우리나라뿐 아니라 전 세계에서 수소에너지에 대해 많은 관심을 보이고 있다. 막연히 학문(화학)에서만 들어본 수소가 에너지와 산업, 경제라는 영역까지 들어왔다.


특히 수소전기차는 수소와 산소를 적절한 조건에서 반응시켜 전기와 열이 발생하고 여기서 생성되는 전기로 모터를 구동시키는 자동차로 주목받는다. 이때 핵심역할을 하는 게 수소연료전지다. 수소연료전지의 효율은 전기와 열을 합해 85% 이상으로 여타의 다른 에너지보다 효율적이고 경제적이다.

물론 현재 수소를 생산하는 가장 일반적인 방법인 부생수소 방식은 석유화학산업의 화석연료에서 생성된다. 대량수소 생산을 위한 화석연료 개질(改質, reforming)도 이산화탄소가 필연적으로 배출된다. 때문에 일각에선 수소에너지를 궁극적인 친환경이 아니라고 주장한다. 그러나 과정은 차치하고 수소 자체는 친환경 에너지임에는 분명하다. 수소를 통해 생성되는 물질은 오로지 물밖에 없기 때문이다.

결국 경제성이 문제다. 아직 물에서 수소를 만드는 게 화석 연료에서 만드는 것보다 비싸다. 물에서 수소를 얻기 위한 전기 에너지는 국가마다 발전 단가가 다르다. 물에서 수소를 얻는 것은 이미 정해 놓은 정답이다. 하지만 이 과정을 해결하는 게 인류가 풀어야 할 핵심 기술이기도 하다.

수소가 에너지가 될 수 있는 것은 단위 무게당 발열량이 천연가스보다 높기 때문이다. 활용 방식에 따라 차세대 에너지원이 될 수 있는 충분한 잠재력이 있다. 무엇보다 최종적으로 안정한 물로 전환되면서 온실가스를 전혀 발생시키지 않는다.

우주의 75%는 수소라고 한다. 우주의 생성은 수소에서 비롯됐다. 인류 최후의 에너지는 수소가 될 수밖에 없다. 그래서 수소는 에너지의 알파와 오메가이다. 수소가 에너지로서 본격 상업화 단계로 진입한 것은 길지 않다. 앞으로 해결해야 할 일도 많다. 어려운 문제는 만든 이유가 있을 것이고, 문제에는 반드시 해답이 있게 마련이다. 진리는 의외로 단순하다.

우항수 박사