오영삼 한국가스공사 가스연구원 책임연구원
수송 분야 틈새시장 보완으로 수소경제 진입 기여
LNG위성기지 이용한 복합충전소 구축이 현실적 대안
[이투뉴스] 우리는 에너지 믹스시대에 살고 있으며, 시대 변화에 따라 새로운 에너지원 도입에 따른 에너지 환경에도 변화가 일어나고 있다. 이에 따라 기존 에너지원과 새로운 에너지원 간의 조화로운 에너지 믹스를 구성하고 균형과 발전을 도모해야 할 필요성이 크다. 최근 수소경제는 에너지 분야의 새로운 트렌드라고 할 수 있으며, 국가 전체적으로 수소경제로 진입하기 위한 노력이 이뤄지고 있다.
수소경제로 가기 위해서는 기존 에너지원들의 역할이 중요하며, 여기에서 천연가스 에너지는 수소경제 마중물 역할을 하는 청정 에너지원으로서 중요한 의미를 가진다. 최근 천연가스 시장에서 LNG에 대한 수요가 커지고 있는데, 특히 수송 분야에서 LNG자동차는 수소전기차가 대응할 수 없는 틈새시장을 보완해 줌으로써 안정적이고 조화로운 친환경 수송 인프라 구축은 물론 수소경제 시대 진입도 가능하게 할 것이다.
인류의 삶과 경제를 지탱하기 위해서는 에너지가 필요하며 이를 위하여 우리는 지금까지 다양한 에너지원을 이용하여 사회를 발전시켜 왔다. 시대 변화와 기술 발달에 따라 새로운 에너지원이 계속 개발되어왔고, 시대 여건에 따라 사용된 주요 에너지원 또한 지속적으로 교체됐다. 나무를 주된 연료로 사용하던 시대에서 석탄의 시대를 거쳐 석유의 시대로 변모해왔으며, 석유는 현재 우리의 경제와 삶을 뒷받침하고 있는 주요 에너지원이라고 할 수 있다.
최근 셰일가스 개발과 더불어 막대한 규모의 셰일가스 잠재량 전망으로 앞으로 가스에너지 사용량이 증가할 것으로 보이며, 이에 따라 가스관련 산업도 점차 활기를 띨 것으로 보고 있다. 그러나 향후 가스에너지가 활성화 되더라도 석유에너지가 석탄에너지를 완벽하게 대체하지 못한 것처럼 가스에너지가 석유에너지를 완벽히 대체하지는 못할 것이다. 이는 하나의 에너지원이 우리가 필요로 하는 에너지 전부를 공급할 수 없다는 것을 의미한다.
우리가 필요로 하는 에너지는 그 시대에 이용 가능한 에너지원들의 믹스를 통해 공급받게 되며 에너지원들 간의 비율은 경제성과 환경성 등의 요인으로 결정될 것으로 보인다. 미래에는 지구 환경에 대한 우려로 신재생에너지가 더욱 확대될 것으로 기대되고 있다. 최근 보고서에 따르면 세계적인 전력 수요는 2050년까지 연평균 1.5% 이상 증가되며, 전체 전력의 약 50%가 태양광, 풍력 등 신재생에너지원으로 구성될 것으로 보고 있다. 또한 원자력에너지 기술을 바탕으로 궁극적인 에너지 기술이라 할 수 있는 핵융합 기술 개발이 이루어지고 있는데, 이 기술이 완성될 경우 인류가 겪는 에너지 문제는 해결될 수도 있으나 궁극적인 에너지원 개발이 이뤄지기 전까지는 우리가 사용할 수 있는 에너지원의 믹스를 통한 환경 친화적이면서도 효과적인 에너지 확보 방안이 요구되고 있다.
◆수소경제의 배경과 핵심
최근 에너지 사용으로 인한 환경오염 문제와 지구 온난화 문제는 에너지원 선택에 중요한 영향을 주고 있다. 이에 따라 우리가 사용하는 에너지는 친환경 에너지여야 한다는 점이 강조되고 있으며, 그 중심에는 수소에너지가 있다고 할 수 있다. 수소를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 연료전지 기술이 상용화되면서 그동안 공정연료 또는 원료만 여겨졌던 수소가 청정 에너지원으로서 인식되기에 이르렀다. 또한 그동안 석유 메이저들이 장악해 왔던 에너지 시장에서 석유에너지의 영향을 탈피하기 위한 방안의 하나로서 신재생에너지 개발과 함께 수소에너지 상용화를 통한 수소경제로의 전환 노력이 이어지고 있다.
수소경제의 핵심은 수소를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 연료전지 기술이라 할 수 있다. 연료전지 기술이 상용화됨에 따라 이를 이용한 수소전기차가 개발되고, 이는 수송 분야에 새로운 바람을 일으키고 있다. 2013년 국내 기업이 세계 첫 수소전기차를 상용화한 이후 일본, 미국 및 유럽 국가에서 경쟁적으로 수소전기차 상용화에 돌입하고 있는 상황이다. 수소전기차 기술은 전기차 기술과 유사하기 때문에 앞으로 전기차는 수소전기차와 함께 주요 수송수단으로 자리매김할 것으로 보인다.
이에 따라 중국은 선도적으로 내연기관 자동차 퇴출을 선언한 가운데 2035년 내연기관 자동차 생산을 중단하고 친환경차만 판매할 수 있도록 하는 방안을 추진하고 있으며, 일본 역시 2039년 중반에 휘발유 차량의 신차 판매를 전면 금지하는 방안을 검토하고 있다. 유럽 주요 도시에서는 내연기관 차량 퇴출을 위해 2040년부터 소형 내연기관 자동차 판매를 중단하겠다고 발표하는 등 앞으로 수소전기차 보급이 더욱 확대될 것으로 예상된다.
◆수소경제를 앞당기기 위한 조건
수소경제는 수소전기차를 중심으로 한 수송수단의 변화에서부터 시작되고 있다. 따라서 수소경제를 앞당기기 위해서는 수소전기차 보급 확대가 지속적으로 이뤄져야 하며, 이를 위해서는 수소 충전 인프라 확충이 필수적이다. 따라서 친환경적이면서도 경제적으로 수소를 제조하기 위한 기술, 제조된 수소를 수소충전소에 효과적으로 공급할 수 있는 수소공급 물류 시스템은 수소경제를 실현하기 위한 주요 사항이 될 것이다.
수소를 얻기 위한 방법은 천연가스 개질 등 여러 종류가 있지만 친환경적으로 얻기 위한 방법으로는 결국 태양광, 풍력과 같은 신재생에너지원에서 발생되는 전기를 이용하는 수전해 기술이라 할 수 있다. 이에 따라 수소 제조에 필요한 전력 생산을 위하여 향후 신재생에너지 설비가 확충될 것으로 보인다.
그러나 신재생에너지원은 간헐적인 에너지로서 이를 보완할 수 있는 수단이 필요한데, 천연가스 개질을 통해 수소를 제조하는 전통적인 방법이 대표적이다. 다만 개질과정에서 이산화탄소가 발생되기 때문에 친환경적인 방법이 아니라는 논란도 있지만, 현재 기술 수준에서는 가장 경제적이면서도 현실적인 방법으로 여겨지고 있다. 천연가스 개질을 통한 수소 제조 방법은 셰일가스 개발로 인한 천연가스 가격 안정화가 예상됨에 따라 향후에도 경제성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 무엇보다 천연가스 개질을 통한 수소 제조과정에서 부산물로 발생되는 이산화탄소 배출을 최소화하거나 포집해 환경 친화적으로 운영함으로써 수전해 기술과 함께 수소경제를 뒷받침해야 할 것이다.
◆LNG를 이용한 수소 충전 인프라 컨셉
천연가스 개질을 통한 수소 충전 인프라 구축을 위해서는 천연가스 공급을 위한 배관망이 필요하다. 도심지의 경우 천연가스 배관망이 잘 구비되어 있어 충전 인프라 건설은 큰 문제가 되지 않지만, 고속도로 휴게소 또는 그린벨트 지역에 수소 충전소를 마련해야 할 경우 천연가스 배관을 새롭게 구축해야 하며 이에 따른 경제적 부담으로 충전소 구축이 불가능한 상황도 예상된다.
이 경우에는 LNG 위성기지 개념을 이용한 수소 충전소 구축이 멋진 대안이 될 수 있다. 이 방법은 LNG를 저장한 후 기화시켜 수소 제조용 원료로 사용함은 물론 LNG 자동차나 CNG 자동차 충전이 가능한 복합충전소로 운영할 수 있다. 따라서 보다 빠른 시간 안에 경제적으로 수소 충전 인프라를 확보하기 위해서는 LNG 위성기지를 이용한 복합 수소/LNG/CNG 충전소 구축이 해답이 될 수 있을 것이다.
◆수소경제에서 LNG자동차 보급 확대 의미
수소연료전지차는 고압수소 용기를 차량에 장착해 연료전지에서 전기를 생산하고 모터를 돌려 차동차를 운행하는 방식이다. 고압수소 저장 방식을 이용할 경우 수소 저장 용량이 제한되기 때문에 저장 효율을 높이기 위해서 액체수소 저장 방식이 검토되고 있다. 이는 -253℃의 초저온 액체수소를 이중단열용기에 저장하는 방식으로, -163℃의 초저온 LNG를 저장하는 방식과 저장 온도가 더 낮을 뿐 동일한 개념이라 할 수 있다.
LNG 자동차는 LNG 위성기지 내 이중단열 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 자동차에 공급해 주는 방식을 이용하는데, 이러한 충전 기술이 활성화 될 경우 액체수소 저장방식을 선택하더라도 기존 LNG 충전소 기술을 활용할 수 있기 때문에 수소전기차 보급 확대에도 기여할 수 있게 된다. 따라서 LNG 자동차 보급 확대는 결국 수소충전소 인프라 구축에도 기여함으로써 수소전기차 활성화 및 수소경제 활성화가 가능해진다는 것을 의미한다.
최근 수소경제 활성화를 위하여 수소분야 보조금 및 관련제도 완화가 이뤄지고 있는데, 이에 더해 LNG 충전소 관련 규제완화도 병행된다면 수소경제 활성화에도 충분히 기여할 수 있을 것이다. 단지 수소에너지만을 통해 수소경제로 진입하는 것은 현실적으로 어렵다는 점에서 이를 지원해 줄 수 있는 에너지원인 LNG를 적극 활용함으로써 국내 LNG 관련 시장 또한 활성화될 수 있기를 기대해 본다.