에너지정책소통센터

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수소

수소는 우주를 구성하는 원소 중 90%를 차지할 만큼 무궁무진한 자원이다. 지구 면적의 2/3를 덮고 있는 물 역시 수소원자를 포함하고 있어 부산물 없이 깨끗하게 쓸 수 있는 지속가능한 에너지인 셈이다. 수소와 산소의 화학반응을 이용해 에너지를 생산하며, 이 과정에서 오직 물만 배출하기 때문에 환경오염물질이 발생하지 않는다. 수소는 생산부터 소비에 이르는 전 과정을 고려해도 다른 에너지원에 비해 이산화탄소와 미세먼지 발생량이 훨씬 적다.

수소 (2021년 기준)

수소승용차 누적보급량 : 19,404대 (출처 : 국토교통부, Marklines)
연료전지 발전설비 : 767,5MW (출처 : 한국에너지공단)
수소충전소 : 170기 설치 (출처 : 환경부)

수소를 이용하는 다양한 방법 중 대표적인 것이 연료전지다. 연료전지는 연료의 화학에너지를 전기화학반응을 통해 전기에너지로 직접 변환하는 장치다. 발전효율이 높으며 대형·가정·건물용 발전, 수송용, 휴대용 등 활용도가 다양하기 때문에 미활용 에너지나 재생에너지 등 값싼 자원으로부터 수소를 만들어 대체 에너지로 이용하면 에너지 비용을 낮추면서 에너지 조달처를 다변화하는 효과를 거둘 수 있다.

현재 전 세계 수소에너지의 50% 이상은 천연가스를 고온·고압에서 분해해서 얻는 ‘그레이 수소’이며, ‘블루수소’는 이러한 그레이수소를 만드는 과정에서 발생한 이산화탄소를 포집·저장하여 탄소 배출을 줄인 수소를 말한다. 반면 ‘그린수소’는 태양광이나 풍력 등 재생에너지로 생산한 전기로 물을 분해하여 생산하는 방식으로 탄소배출이 없어 탄소중립 달성을 위한 미래 에너지원으로 각광받고 있다.

바닷물과 민물의 농도차이를 이용한 발전, 염분차 발전

신재생에너지 이야기 밍밍한 하천수와 짠 바닷물이 만나면? 염분기가 적은 하천수 염분기가 높은 바닷물(해수) 하천수와 해수는 염분기의 차이를 보이죠 때문에 일반적으로 염분기가 적은 하천수가 염분이 높은 해수로 빨려들어가는 모습을 보여요 이 때 두 물에 가해지는 압력이 무려 240m 높이에서 낙하하는 물이 수차를 돌리는 힘과 맞먹는다고 해요

신재생에너지 이야기 두 가지 물의 염분차를 이용한 염분차 발전 높은 곳에서 물을 떨어뜨려 발생하는 힘을 활용하는 수력발전 두 가지 물을 공급받기 용이한 곳에 물탱크와 발전 시설만 있으면 염분차 발전 가능! 염분차 발전은 수력발전과 달리, 별도의 댐이 필요하지 않은 발전이에요 때문에 대규모 공사가 필요하지 않아 환경 훼손과 같은 문제에도 비교적 자유로운데요 물의 성질을 이용하기만 해도 발전이 가능하다?! 좀 더 자세히 알아볼까요?

신재생에너지 이야기 바닷물로 어떻게 전기를 만들까? 삼투압 현상을 활용한 방식 염분차 발전은 삼투압 현상을 극대화하는 탱크를 개발해 삼투압에 흘러 들어가는 민물의 압력으로 터빈을 돌려 전기를 만드는 삼투압 방식을 활용해요. 탱크 가운데에 작은 구멍이 뚫린 반투과성 분리막을 설치해 물 분자만 통과시킨다면 두 가지 물이 바로 섞이지 않고 둘 사이 작용하는 압력을 이용할 수 있죠

신재생에너지 이야기 환경 오염이 적은 청정에너지 치명적 단점이 있다? 염분차 발전은 환경 오염이 적은 청정에너지라는 장점이 있지만 에너지의 효율성이 낮다는 문제가 있어요 다른 에너지들에 비해 평균적으로 에너지 밀도가 낮아 대규모 전력 설비가 어려운 것이죠 때문에 다른 발전 방식과 결합해 사용하거나 다른 재생에너지에 비해 관심이 밀리게 되었죠 대규모 댐이 필요하지 않음 화석연료 사용이 전혀 없음 오염물질 배출 없음 시간·날씨 영향이 없어 언제든 발전 가능 에너지 밀도가 낮아 대규모 발전이 어려움

신재생에너지 이야기 염분차 발전 활성화될 수 있을까? 소금 공장과 전기투석 방식을 결합한 네덜란드의 염분차 발전 배터리식염분차발전의 촉매를 바꿔 발전 비용을 기존 대비 30배 낮춘 우리나라의 염분차 발전연구 염분차 발전은 대규모 발전에 성공하지 못해 아직 새로운 대체 에너지라는 평가를 받지 못하고 있어요 그럼에도 환경오염이 적은 청정에너지란 특별한 가치에 많은 연구와 개발이 이어지고 있는데요 특히 우리나라는 2019년 전력 밀도 40%가 넘는 전기투석 방식을 개발해 세계 최고 수준에 도달하는 성과를 이뤄내었죠 탄소중립의 필요성이 대두되는 현재 염분차 발전의 미래는 빠르게 다가오고 있답니다

삼면이 바다인 우리나라 ! 염분차 발전이 탄소중립을 달성할 또 다른 해결책이 되지 않을까요 ?

바닷물과 민물의 농도차이를 이용한 발전, 염분차 발전

신재생에너지 이야기

밍밍한 하천수와

짠 바닷물이 만나면?

염분기가 적은 하천수

염분기가 높은 바닷물(해수)

하천수와 해수는 염분기의 차이를 보이죠

때문에 일반적으로 염분기가 적은 하천수가 염분이 높은 해수로

빨려들어가는 모습을 보여요

이 때 두 물에 가해지는 압력이 무려 240m 높이에서

낙하하는 물이 수차를 돌리는 힘과 맞먹는다고 해요

신재생에너지 이야기

두 가지 물의 염분차를 이용한 염분차 발전

높은 곳에서 물을 떨어뜨려 발생하는 힘을 활용하는 수력발전

두 가지 물을 공급받기 용이한 곳에 물탱크와 발전 시설만 있으면 염분차 발전 가능!

염분차 발전은 수력발전과 달리, 별도의 댐이 필요하지 않은 발전이에요

때문에 대규모 공사가 필요하지 않아

환경 훼손과 같은 문제에도 비교적 자유로운데요

물의 성질을 이용하기만 해도 발전이 가능하다?! 좀 더 자세히 알아볼까요?

신재생에너지 이야기

바닷물로 어떻게 전기를 만들까?

삼투압 현상을 활용한 방식

염분차 발전은 삼투압 현상을 극대화하는 탱크를 개발해

삼투압에 흘러 들어가는 민물의 압력으로 터빈을 돌려 전기를 만드는 삼투압 방식을 활용해요.

탱크 가운데에 작은 구멍이 뚫린 반투과성 분리막을 설치해 물 분자만 통과시킨다면

두 가지 물이 바로 섞이지 않고 둘 사이 작용하는 압력을 이용할 수 있죠

신재생에너지 이야기

바닷물로 어떻게 전기를 만들까?

두 가지 물의 이온을 활용하는 전기투석 방식

바닷물과 민물 사이의 이온을 조정해 전극 사이에 생기는

전류를 얻어내는 전기투석 방식도 있어요

전기투석이라는 반투막이 탱크 가운데에 설치되어

양쪽으로 나뉜 물에 전기를 흘려

이온을 제거하는 방식이에요

신재생에너지 이야기

환경 오염이 적은 청정에너지

치명적 단점이 있다?

염분차 발전은 환경 오염이 적은 청정에너지라는 장점이 있지만

에너지의 효율성이 낮다는 문제가 있어요

다른 에너지들에 비해 평균적으로 에너지 밀도가 낮아

대규모 전력 설비가 어려운 것이죠

때문에 다른 발전 방식과 결합해 사용하거나 다른 재생에너지에 비해 관심이 밀리게 되었죠

대규모 댐이 필요하지 않음

화석연료 사용이 전혀 없음

오염물질 배출 없음

시간·날씨 영향이 없어 언제든 발전 가능

에너지 밀도가 낮아

대규모 발전이 어려움

신재생에너지 이야기

염분차 발전 활성화될 수 있을까?

소금 공장과 전기투석 방식을 결합한 네덜란드의 염분차 발전

배터리식염분차발전의 촉매를 바꿔 발전 비용을 기존 대비 30배 낮춘

우리나라의 염분차 발전연구 염분차 발전은 대규모 발전에 성공하지 못해

아직 새로운 대체 에너지라는 평가를 받지 못하고 있어요

그럼에도 환경오염이 적은 청정에너지란 특별한 가치에 많은 연구와 개발이 이어지고 있는데요

특히 우리나라는 2019년 전력 밀도 40%가 넘는 전기투석 방식을 개발해

세계 최고 수준에 도달하는 성과를 이뤄내었죠

탄소중립의 필요성이 대두되는 현재

염분차 발전의 미래는 빠르게 다가오고 있답니다

삼면이 바다인 우리나라 ! 염분차 발전이 탄소중립을 달성할 또 다른 해결책이 되지 않을까요 ?

출처 한국동서발전

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정책

제1차 수소경제이행기본계획

정부는 「수소선도국가 비전」의 실현을 위해, “청정 수소경제 선도국가(First Mover)”로의 도약을 목표로, 「제1차 수소경제 이행 기본계획」을 수립하였습니다.

의의 및 비전

금번 계획은 올해 2월 수소법 시행 이후 첫 법정 기본계획으로써, 「수소선도국가 비전」에서 제시한 △국내‧외 청정수소 생산 주도, △빈틈없는 인프라 구축, △모든 일상에서 수소활용, △생태계 기반 강화 등 4대 추진전략을 바탕으로 15개 과제*를 추진합니다.
* △그린‧블루수소 생산‧도입, △수소 유통인프라 확충, △수소발전‧모빌리티‧수소산업공정 확산, △수소 클러스터·도시·규제특구 육성, △수소안전‧기술개발‧국제협력 등
특히, 2050년 연간 2,790만톤의 수소를 100% 청정수소(그린‧블루수소)로 공급하고, 국내 생산은 물론 우리 기술·자본으로 생산한 해외 청정수소 도입으로 청정수소 자급률도 60% 이상 확대할 계획입니다.
* 청정수소 비중 / 자급률 목표 : (’20년) 0% / 0% → (‘30년) 75% / 34% → (’50년) 100% / 60%

주요 추진과제

1 국내·외 수소 생산을 ”청정수소 공급체계“로 전환합니다.
- 재생에너지와 연계한 수전해 실증을 통해 그린수소의 대규모 생산기반을 구축하고, 생산단가를 감축하겠습니다.
  * 그린수소 생산확대 / 단가 : (‘30년) 25만톤 / 3,500원/kg → (’50년) 300만톤 / 2,500원/kg
- 동해가스전 실증 등 탄소포집저장기술(CCS) 상용화 일정에 맞추어 탄소저장소를 ‘30년까지 9억톤 이상 확보하여, 이산화탄소 없는 청정 블루수소를 ’30년 75만톤, ‘50년까지 200만톤 생산하겠습니다.
  * ’25년 국내 블루수소 최초 생산(25만톤급, 보령)
- 아울러, 국내 자본·기술을 활용한 해외 재생에너지-수소 생산 프로젝트를 추진하여 ‘50년 40개의 수소공급망을 확보하겠습니다.
  * 블루 암모니아 해외 생산 개시(’25), 블루 암모니아 해외 도입 개시(‘27)
- 특히, 안정적인 수소 수급을 위해 비축기지 건설(’30) 및 국제거래소를 설립하고, 수소 생산국들과 협의하여 국제적으로 통용될 수 있는 청정수소 인증제 및 원산지 검증체계를 구축하겠습니다.
2 청정수소를 어디서나 편리하게 사용할 수 있는 인프라를 마련하겠습니다.
- 석탄·LNG발전소, 산단 인근에 수소항만을 구축하고, 항만시설 사용료‧임대료 감면 등 인센티브 부여를 통해 항만 내 선박·차량·장비 등을 수소 기반으로 전환해갈 계획입니다.
- 또한, 수소생산·도입 주요 거점을 중심으로 수소 배관망을 구축하고, 기존 천연가스망을 활용한 수소혼입도 검토(‘22~)하겠습니다.
- 주유소·LPG 충전소에 수소충전기를 설치하는 융복합 충전소 확대 등을 통해 수소충전소를 ‘50년까지 2,000기 이상 확보할 계획입니다.
  * 수소충전기 보급목표(기): (’22) 310 → (‘25) 450 → (’30) 660 → (‘40) 1,200 → (’50) 2,000 이상
3 발전‧모빌리티‧산업 등 모든 일상에서 수소를 활용할 수 있도록 하겠습니다.
- 수소연료전지에 더하여 석탄에 암모니아 혼소발전(‘27~), LNG 수소 혼소 등 수소발전을 상용화하고, 청정수소 발전의무화 제도(CHPS) 도입, 환경급전 강화 등으로 이를 뒷받침 하겠습니다.
  * 수소발전량 : (‘20) 3.5TWh → (’30) 48.2TWh → (‘50) 287.9TWh ('20년 대비 82배↑)
- 수소차 생산능력의 대폭 확충(’50년 526만대)과 함께 ‘30년까지 내연기관차 수준으로 성능을 제고하고 선박‧드론‧트램 등 다양한 모빌리티로 수소 적용을 확대하겠습니다.
4 수소산업 육성 저변 강화를 위한 제도 기반을 마련하겠습니다.
- 수소 관련 기술개발의 시너지 효과 제고를 위해 각 부처별로 개발 기술 규모를 상향, 범부처 통합실증을 실시하겠습니다.
- 아울러, 선제적 안전기준 수립, 국제표준 선점 지원 등을 통해 수소 산업 경쟁력을 강화하고, ’글로벌 수소 연합회‘를 출범하여 수소생태계 구축을 위한 국내·외 기업간 협력을 더욱 강화하겠습니다.