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[Tech 스토리] 그린뉴딜 & 수소사회 향한 목표 '그린수소'가 대체 뭐길래

기사입력 : 2021년02월28일 08:31

최종수정 : 2021년03월10일 08:40

무한에 가까운 물이 수소의 에너지원
부생수소→추출수소→그린수소→?
수소차로 유명세...친환경 수소 생산법이 관건

[편집자] 기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

 

[서울=뉴스핌] 김기락 기자 = 친환경 에너지 수소(Hydrogen)의 '끝판왕'으로 불리는 그린수소(Green H2)는 수소 생산 과정에서 이산화탄소를 전혀 배출하지 않는 점이 특징입니다. 수소와 산소만 생산되는 만큼 오염 물질이 전혀 없습니다.

이 같은 이유로 수소를 친환경적인 방법으로 많이 만들어 산업 현장 뿐만 아니라, 일상 생활 등 지구촌 곳곳에서 경제적 효과를 극대화하는 게 가장 중요하다고 할 수 있습니다.

전 세계가 '탄소중립(Carbon Neutral)'을 향하는 가운데 SK, 현대자동차, 효성, 한화, 포스코, 두산 등 우리 대기업들도 수소 관련 사업에 공을 들이고 있습니다. 그린뉴딜과 수소사회의 목표인 그린수소에 대해 다가가보겠습니다.

[서울=뉴스핌] 김기락 기자 = 생산 방식에 따른 수소 종류 [사진=포스코] 2021.02.26 peoplekim@newspim.com

 ◆ 지구의 3/4 차지하는 물...무한에 가까운 에너지원

그린수소를 알기 위해서는 수소부터 알아야 합니다. '물을 만든다'라는 어원을 가진 수소 원자 2개와 산소 원자 1개가 결합된 물(H2O)은 지구의 3/4을 차지합니다. 원소주기율표 1번인 수소는 약 140억년 전 빅뱅 시 처음으로 생성된 원소입니다.

우주 질량의 75%, 원소 개수로는 90%를 차지할 만큼 풍부합니다. 물은 전기화학적 반응을 통해 수소(H)와 산소(O)간 분해·결합이 가능합니다. 무한에 가까운 에너지원이라고 할 수 있는 이유죠.

수소는 생산 방식에 따라 종류가 달라집니다. 수소의 다양한 이름도 그래서 붙는 것입니다. 우선 제철·석유화학·정유와 같이 기존 산업 현장에서 부산물로 생기는 부생가스로부터 수소를 정제해 사용하는 '부생수소'가 있습니다.

부생수소는 다른 방식과 비교하면 제조원가가 저렴하지만, 순도는 높지 않습니다. 때문에 수소전기차에 사용되는 순도 99.999%의 수소를 생산하려면 많은 정제 비용이 추가로 소요됩니다. 고순도라는 뜻에서 '파이브나인(Five 9)'으로 불리기로 하는데요. 현대제철은 이 같은 무결점 수소를 생산하고 있습니다.

이와 함께 현재 생산되는 수소의 90% 이상을 차지하는 '추출수소'가 있습니다. 보통 추출수소를 그레이수소(Grey H2)라고 부르는데요. 추출수소에는 천연가스의 주요 성분인 메탄(CH4)을 이용해 고온의 반응기에서 수소를 추출하는 수증기 개질법(CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2)이 대표적입니다. 여기서 눈치채신 분도 계시겠지만, 생산 과정에서 필연적으로 이산화탄소(CO2)가 발생합니다. 친환경 제조 방법은 아니죠.

탄소중립은 온실가스 등 이산화탄소를 줄이는 게 포인트인데, 수소를 생산해 오히려 CO2가 증가하기 때문에 새로운 대안이 필요하게 된거죠. 이를 위한 기술이 CO2를 포집·압축·수송해 지하에 저장하는 CCS(Carbon Capture & Storage) 기술입니다. 추출수소 중 석탄·갈탄이 원료인 수소는 브라운수소(Brown H2), CCS기술이 적용된 추출수소는 블루수소(Blue H2)라고 부릅니다.

세번째가 바로 수소의 최종 목표점이라고 할 수 있는 그린수소입니다. 물을 연료로 이용하는 수전해 수소로, 물을 전기분해(2H2O → 2H2 + O2)해 수소를 생산하며, CO2가 발생되지 않습니다. 다만 전기 공급량이 변하게 되면 수소와 산소가 양쪽에서 섞이면 폭발할 수 있는 이유 등으로 기술 개발이 한창입니다. 물을 전기분해하려면 애초에 전기가 필요하다는 점에서 완전한 CO2 제로화는 아닙니다.

이를 위해 국내 최대 철강사인 포스코는 수소를 활용한 철강 생산 기술인 '수소환원제철공법' 연구 등 수소 생산 핵심 기술을 강화하고 있습니다. 현대차 역시 지난해 호주 연구기관 및 기업들과 손잡고 그린수소 생산 기술을 개발 중입니다. 포스코와 현대차는 그린수소 생산 기술 개발 외에도 수소환원제철공법 등 수소 사업을 위해 협력하기로 하는 등 기업 간 움직임도 좋은 사례라고 할 수 있겠습니다.

[서울=뉴스핌] 김기락 기자 = 전 세계가 하루 동안 필요로 하는 에너지 [사진=수소위원회·현대차그룹] 2021.02.26 peoplekim@newspim.com

 ◆ 수소차로 유명세 탄 수소...그린수소가 '정답'

태양광·풍력 발전 등 신재생에너지를 활용한 수전해 수소 생산 방법이 대표적인 그린수소를 만드는 방법으로 꼽히고 있습니다. 

호주, 독일, 프랑스 등이 이 같은 방식을 도입 중인데, 특히 호주는 대륙 서쪽에 거대하게 펼쳐진 필바라 사막에 태양광 패널을 설치하고, 여기서 생산된 전기에너지를 활용하는 수전해 수소 생산 설비를 대규모로 건설하고 있습니다. 미국의 플라스틱, 폐휴지 등 자원을 재활용해 수소를 생산하는 시설은 세계 최대 규모죠. 

이처럼 바이오매스를 원료로 수소를 생산할 경우 생산 비용이 저렴하고 온실가스 배출량도 적다는 장점이 있습니다. 또 버려질 폐기물을 활용하는 만큼, 쓰레기 매립으로 발생할 수 있는 환경오염도 줄일 수 있습니다. 이미 우리나라를 비롯해 미국, 독일, 일본, 등 국가에선 미생물을 이용한 수소 생산 연구를 진행 중입니다.

전문가들은 화석연료 사용과 이산화탄소 배출을 줄이는 게 진정한 수소사회의 시작이라고 말합니다. 이를 위해 재생에너지 활용을 확산하는 것과 함께 친환경 수소 생산 기술이 연계돼야 한다는 것입니다. 현재까지는 그린수소가 정답에 가장 가깝습니다. 앞으로 더 좋은 방법이 나올 수도 있습니다. 

사실 수소가 대중에게 본격적으로 알려지기 시작한 것은 수소차 때문입니다. 수소에너지가 발전, 건물 에너지, 산업 에너지 등 다양한 분야에서 활용되지만, 친환경차인 수소 모빌리티가 가장 큰 역할을 했다고 봅니다. 수소차는 전기차와 구조가 비슷해 전기차 다음의 대안으로 꼽히고 있습니다.

수소차가 도로 위를 달리기 위해서는 수소로 전기를 생산하는 연료전지 시스템 관련 기술이 발전해야 하고, 곳곳에 수소충전소가 구축돼야 하며 수소충전소까지 수소를 옮길 운송 인프라도 필요합니다. 결국 수소차가 활성화된 국가나 도시일수록 수소 산업 인프라가 잘 갖춰져 있는 만큼 수소 사회에 더 가깝다고 볼 수 있는 것입니다.

주요 선진국들은 수소차 보급 계획을 세우고 이를 빠르게 실행하고 있습니다. 미국, 독일, 중국, 일본 등이 오는 2030년까지 수소차 90만~180만대를 보급하고 수소충전소를 1000개소 규모로 늘릴 예정입니다. 이를 위해 대부분 수소차 구매 금액을 보조하거나 세금을 줄여주는가 하면, 수소충전소 구축에도 공적자금을 투입하고 있습니다.

수소 분야 세계 최고경영자(CEO) 협의체인 수소위원회에 따르면 2050년경 전 세계 수소 소비량은 약 5억4600만 톤으로 증가한다고 합니다. 이는 132억6000만 배럴의 석유를 대체하는 규모로, 전 세계 에너지 수요의 약 18%를 수소에너지가 담당하게 된다는 것이죠. 에너지로 환산하면 약 78EJ에 달합니다. 1EJ=700만톤 규모이니 어마어마한 에너지입니다. 

탄소에너지 중심의 사회가 점차 수소에너지 중심의 사회로 변하고 있습니다. 

peoplekim@newspim.com

 

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LH "윗집 발망치 소리, 내년부터 끝" [세종=뉴스핌]김정태 건설부동산 전문기자= 지난 21일 한국토지주택공사(LH)의 주택성능연구개발센터(HERI). 세종시에 위치한 이곳에는 주택 성능을 시험할 수 있는 여러 시험동이 있지만, 5층짜리 실제 아파트 건물 한 동이 눈에 들어왔다. 출입구 한켠에는 'db35lab(데시벨 35 랩)'이란 영문과 숫자 표기가 부착돼 있었다. 아파트 1층 내부에 들어가야 이 표기의 의미를 알게 됐다. 이는 LH가 층간소음 1등급 기준인 37데시벨보다 낮은, 도서관처럼 조용한 집으로 만들겠다는 의지를 담은 층간소음기술연구소의 시험동 이름이다. 층간소음 등급별 시연 모습 [사진=국토부기자단 공동] 거실에 설치된 대형 모니터 화면에는 2층의 층간소음을 일으킬 수 있는 런닝머신, 책상과 의자, 공 등의 도구들이 보였다. 우선 화면을 통해 윗층에서 아래층에 전달되는 성인의 발걸음 소리를 들려줬다. 말 그대로 '발망치' 소리였다. 들려오는 소음은 49데시벨로 4등급 수준이다. 층간소음의 기준이 제대로 정립되지 않은 2005년 전에 지어진 공동주택의 경우 일부에서 이러한 불편함을 느낄 수 있는 중량충격음이다. 이번에는 실제로 윗층에서 걷는 소리를 듣는 순서였는데, 귀를 쫑긋 세우지 않고서는 소음을 느끼기 어려웠다. 미세한 진동음이 들리긴 했지만, 불편한 수준은 아니었다. 이어 1m 높이에서 3kg 무게의 공을 떨어뜨리는 실험도 시연됐다. 이는 아이들이 뛰어다니는 중량충격음으로, 역시 4등급 수준에서는 참기 어려운 소음과 진동이 느껴지지만, 이곳의 실제 시연에서는 역시 진동음이 확 줄었다. 의자 끄는 소리는 비교적 가볍고 딱딱한 충격음이어서 경량충격음이라고 하는데 4등급 수준에서는 참기 어려울 정도로 불편했지만, 실제 시연에서는 거의 들리지 않을 정도로 충격음이 전달되지 않았다. 이처럼 층간소음이 획기적으로 줄어든 데는 1등급 기준인 37데시벨에 맞춘 성능으로 시공된 바닥 때문이었다. 기존 슬래브 두께보다 두꺼운 250mm로 시공하고, 그 위에 40mm 복합완충재와 30mm 고밀도몰탈 및 와이어 메쉬 등을 함께 깔아 놓은 바닥재다. 공동주택 층간소음 저감기술은 2023년부터 개발되기 시작했으나, 슬래브 두께는 210mm로 상대적으로 얇고 낮은 등급의 완충재와 일반 몰탈을 적용해 3등급 수준에 머물렀으나, 이를 매년 개선해 온 결과 올해 1등급 기준을 충족하게 됐다. LH는 이러한 기술 개발을 실험동 연구에 그치지 않고, LH 공동주택 각 현장에 실증 시공을 하면서 실증 결과 데이터를 쌓아왔다. LH가 층간소음 저감기술을 처음으로 적용한 단지는 양주회천 A15블록으로, 당시 3등급 수준이었으나 지난해에는 평택고덕 ab57-2블록에 2등급 수준으로 끌어 올려 적용했다. LH 연구원 관계자는 "이 같은 1등급 기준을 달성하기 위해 2022년부터 지속적으로 관련 기술과 공법을 연구해 왔다"면서 "47개의 기술 모델 개발과 총 1347회에 걸친 실증을 거쳐 자체 1등급 기술 모델을 정립해 내년부터 주택 설계에 본격적으로 적용할 예정"이라고 설명했다. 다만, 이 같은 1등급 기준 설계로 분양가 상승의 요인이 되는 것은 사실이다. 기존 공동주택 24평형(전용면적 59㎡) 기준으로 가구당 300만~400만 원의 공사비가 더 소요되는 것으로 LH는 추정하고 있다. 정운섭 LH 스마트건설본부장은 "층간소음 1등급 설계 적용 때문에 수분양자의 분양가 상승 부담으로 돌아가지 않도록 자체 원가절감과 함께 정부 재정 지원을 요청한 상태"라면서 "지속적인 기술 개발로 공사비 상승의 주요인인 슬래브 두께를 슬림화하면서도 1등급 기준을 충족할 수 있도록 할 계획"이라고 말했다. 층간소음감지기를 통해 경고 알람이 뜨는 월패드 시연 장면 [사진=국토교통부기자단 공동] 층간소음 1등급 설계는 새로 짓는 공동주택에서만 가능하다. 때문에 구축에서는 이러한 혜택을 누리기 어렵다. LH는 이를 보완하는 방안으로 층간소음 감지기를 IT업체와 협력해 개발 중이다. 바닥에 여러 차례 충격을 줄 경우, 층간소음 감지기의 센서가 작동해 해당 세대 월패드를 통해 주의를 당부하는 알람이 뜨도록 하는 장치다. 정승호 LH 스마트주택기술처 팀장은 "구조적으로 층간소음을 줄일 수는 없겠지만, 층간소음을 일으키는 기준을 해당 세대에게 알림으로써 아래층 이웃과의 분쟁을 줄일 수 있도록 고안한 장치"라고 말했다. 실제 이날 시연은 기존 공동주택에 적은 비용으로도 층간소음을 저감시킬 수 있다는 점에서 팸투어에 참여한 국토교통부 기자들에게 큰 호응을 얻었다. 층간소음 1등급 바닥구조 [사진=뉴스핌DB] LH는 바닥에서 발생하는 층간소음에 국한하지 않고, 옆 세대와의 벽간소음, 화장실 배관 소음 등 공동주택에서 발생하고 있는 다양한 생활소음 저감 방안도 마련하고 있다. 벽간소음을 저감하는 소음 차단 성능 1등급 벽체 구조는 2019년 11월부터 이미 설계에 반영한 바 있다. 내년부터는 화장실 배관이 아래층을 통하지 않고 각 세대 내에서 설치되는 자체 배관을 적용해 배관을 통해 전달되는 소음도 줄여나간다는 계획이다. 또 내구성이 좋은 장수명 주택, 수요자의 취향에 맞게 가변형 평면 구성이 가능한 라멘 구조 주택, 레고처럼 조립·건설하는 모듈러 주택 등 주택 건설의 새로운 대안으로 부상하는 주택 유형에도 층간소음 1등급 접목 방안을 모색해 적용 범위를 지속적으로 확대해 나가기로 했다. LH는 층간소음 저감 기술 저변을 민간으로 확산해 나간다는 방침이다. 우선, 민간의 고성능 신기술을 발굴하고, 다양한 1등급 기술 요소의 시장화를 지원한다는 방침이다. 올해에는 층간소음 기술 마켓을 통해 6개의 고성능 기술을 발굴했으며 LH 공공주택 현장에서 그 성능을 검증해 상용화를 추진하고 있다. LH는 층간소음 1등급 적용 확산을 위해 db35lab을 내년 3월부터 전면 개방하기로 했다. 자체 층간소음 시험 시설이 없는 중소기업에 데시벨 35랩을 테스트베드로 제공해 기술 개발을 지원한다는 것이다. LH는 또 그간 개발해 온 층간소음 저감 기술 요소와 시공법, 실증 결과를 중소 민간 건설사들과 공유할 계획이다. 더불어 자체 기술 개발과 층간소음 저감 시공·품질관리에 어려움을 겪는 건설사들에 대한 기술 지원도 아끼지 않겠다는 입장이다. 이날 이한준 LH 사장은 "2년 전 취임 당시 제일 먼저 강조한 게 층간소음 문제 해결을 약속한 것이었다"면서 "내년부터는 LH가 짓는 모든 아파트에 1등급 기준을 적용해 국민 일상의 생활 고통을 덜어주는 데 앞장서겠다"고 말했다. 그러면서 "궁극적으로는 벽식 구조의 공동주택에서 벗어나 라멘(기둥식) 구조와 모듈러에도 층간소음 1등급 기준을 적용해 100년 이상 가는 장수명 주택의 근간을 마련하겠다"고 덧붙였다. dbman7@newspim.com 2024-11-24 11:00
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기후동행카드, 고양·과천도 30일부터 [서울=뉴스핌] 이경화 기자 = 서울시는 '기후동행카드'가 오는 11월 30일 첫 차부터 고양시와 과천시까지 서비스를 확장한다고 21일 밝혔다. 이로써 서울~고양~과천을 오가는 시민들도 월 5만~6만원대로 기후동행카드의 무제한 혜택을 받을 수 있게 된다. 지난 1월 27일 서울 지역을 대상으로 출발한 기후동행카드는 3월 30일 김포골드라인, 8월 10일 진접선·별내선까지 확대됐다. 서울 공동생활권인 인구 100만의 대규모 도시 고양시와 지리적으로 서울시와 경기남부의 길목에 위치한 과천시까지 연결됨에 따라 수도권으로 본격 확대되는 계기가 될 것으로 시는 기대한다.  서울 외 지역 기후동행카드 이용 가능 도시철도 구간 [이미지=서울시] 서울시와 고양시, 과천시는 지난해 2~3월 기후동행카드 참여 업무협약을 체결한 이후 후속 논의를 통해 구체적인 시행방안을 마련하고 11월 30일 고양시(3호선·경의중앙선·서해선), 과천시(4호선)의 기후동행카드 참여를 확정지었다. 관계기관들과 함께 시스템 개발·최종 점검을 완료했다. 이번 확대로 3호선은 고양시 일산서구 대화역에서 서울시 송파구 오금역까지 모든 역사(44개)에서 기후동행카드를 이용할 수 있게 된다. 경의중앙선은 고양시 일산서구 탄현역에서 구리시 구리역까지 34개 역사, 서해선은 고양시 일산서구 일산역에서 서울시 강서구 김포공항역까지 7개 역사, 4호선은 남양주시 진접역에서 과천시 정부과천청사역사까지 34개 역사에서 기후동행카드를 이용할 수 있다. 이에 더해 현재 기후동행카드 서비스 범위에 이미 고양시를 경유하는 서울 시내버스 28개 노선과 과천시를 경유하는 6개 노선이 포함돼 있음을 고려하면 서울과 고양·과천을 통근·통학하는 약 17만 시민의 이동 편의가 더욱 증진될 것으로 보인다.  또 이용범위가 대폭 확대되면서 과천·고양 등 시민들도 기후동행카드의 다양한 문화 혜택을 동일하게 누릴 수 있다. 과천시 4호선 확대로 대공원역도 기후동행카드를 이용할 수 있는 만큼 방문 시 서울대공원 50% 할인 등 혜택을 참고하면 된다.  기후동행카드는 올해 1월 23일 서비스 시작 이후 70일 만에 100만 장이 팔리는 등 시범사업 단계부터 큰 호응이 확인된 바 있다. 7월부터 본사업에 들어가면서 청년할인권·관광객을 위한 단기권 등 다양한 혜택이 더해졌다. 평일 최대 이용자가 65만명이 넘어가는 등 인기가 지속되고 있다. 서울시는 고양·과천 지하철 적용을 시작으로 수도권 시민들에게도 실질적인 혜택을 제공할 수 있도록 관련 협의·시스템 개발 검토를 적극 추진할 계획이다. 향후 기후동행카드의 무제한 확장을 위한 타 경기도 지자체와의 논의 역시 급물살을 탈 것으로 기대된다고 시는 덧붙였다.  기후동행카드를 이용하려면 안드로이드 기반 휴대전화에서 '모바일티머니' 앱을 무료로 다운받아 충전하면 된다. 실물카드는 서울교통공사 1~8호선 고객안전실, 지하철 인근 편의점 등에서 구매한 후 서울교통공사 1~8호선, 9호선, 신림선·우이신설선 역사 내 충전기에서 권종을 선택·충전 후 사용할 수 있다.  기후동행카드의 고양시, 과천시 확대 등에 관한 자세한 내용은 고양시(031-909-9000), 과천시(02-3677-2285), 서울시 120 다산콜센터로 문의하면 된다. 윤종장 서울시 교통실장은 "김포·남양주·구리에 이어 고양·과천 확대로 경기도 동서남북 주요 시군까지 기후동행카드의 무제한 대중교통 혁신이 이어지고 있다"며 "교통비 절감·생활 편의·친환경 동참 등 일상 혁명을 수도권 시민들까지 누릴 수 있도록 수도권 지역 서비스 확대·편의 향상에 총력을 기울이겠다"고 말했다.  kh99@newspim.com 2024-11-21 11:15
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