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.

바다야 에너지를 만들어줘! 조력, 조류, 파력, 해수온도차 발전 알아보기

전세계적인 탄소중립 기조에 따라, 대체 에너지원의 확보가 무엇보다도 중요해지고 있습니다. 화석연료가 아닌 자연의 힘을 통해 공해가 적은 에너지를 얻는 것도 중요해 졌는데요. 우리와 친숙한 바다에서 발생하는 각종 자연현상을 통해서도 다양한 방식으로 에너지를 얻을 수 있습니다. 이러한 에너지를 해양에너지라고 하는데요. 해양에너지에는 어떤 종류가 있으며 어떻게 얻을 수 있을까요?

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▲시화호 조력발전소 (출처:KIOST)

조력에너지, 조수 간만의 차를 이용하다.

조력에너지(tidal energy)는 바다의 밀물과 썰물에 의한 조수간만의 차이를 이용해 에너지를 얻습니다. 조석은 태양이나 달의 인력에 의해 지구에 있는 바닷물이 끌려가면서 발생하는데요. 밀물과 썰물에 의해 하루에 1-2회 해수면의 상승과 하강이 반복되면서 바다의 수위 차이인 조차가 발생합니다. 이에 따라 바다는 가장 수위가 깊은 만조와 가장 수위가 낮은 간조가 반복되지요.

조력에너지는 이러한 반복되는 해수의 변화를 이용합니다. 조력에너지는 밀물 때 바닷물을 가두었다가 썰물 때 내보내면서 발생하는 힘으로 터빈을 회전시켜 전기를 얻습니다. 따라서 조차가 크고, 가두는 바닷물이 많을수록, 그리고 조석주기가 짧을수록 에너지를 효과적으로 얻을 수 있습니다. 조석주기와 조차는 장소에 따라 특정한 값이 발생하므로, 조력에너지는 얻을 수 있는 에너지를 미리 예측할 수 있다는 장점이 있습니다.

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조류에너지, 조류의 흐름을 이용하다.

조류에너지(tidal current energy)는 조석에 의해 발생하는 해류인 조류(tidal current)를 활용합니다. 조력에너지가 해수면의 변화를 이용해 터빈을 돌린다면, 조류에너지는 바다(유체)의 흐름을 이용합니다. 풍력 발전이 마치 바람의 흐름을 이용하는 것처럼 말이죠. 조석을 이용한다는 점에서는 앞서 살펴본 조력에너지와 발생 원리가 동일하다고 할 수 있습니다.

조류에너지는 풍력에 비해 해류의 속도를 예측하기 쉽고, 에너지를 발생시키는 유체의 밀도가 높다는 장점이 있습니다. 다만, 조류의 이동 속도가 낮고 바다에 설비를 설치하는 것이 어려워서 여러 가지 고려해야 할 점들이 많다고 할 수 있습니다.

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파력에너지, 파도의 힘을 이용하다.

파력에너지는 파도의 움직임에 따라 발생하는 힘을 이용합니다. 따라서 파도의 주기 및 진폭이 클수록 더 많이 얻을 수 있습니다. 따라서 이러한 파도의 특성을 지닌 지역을 선정하여 발전 설비를 건설하게 됩니다. 파력에너지는 파도의 높이나 방향이 불규칙한 편이므로 고려해야 할 변수들이 많습니다. 파력을 견딜 수 있으면서도 수동 효율을 높일 수 있는 장치가 필요하므로, 설치나 비용 측면에서 고려해야 할 점이 많습니다.

파력에너지는 얻는 방식이 다양합니다. 파도의 높이변화를 이용하는 진동수주형, 방파제 위로 넘치는 파도를 배수구로 내보내며 터빈을 돌리는 월파식 발전, 바다 표면의 부유장치가 파도에 따라 움직이면서 발전기를 돌리는 가동물체형 방식, 파도를 모으는 장치를 통해 파도를 집중시켜 발전기를 가동시키는 집파형 방식 등이 있습니다.

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해수온도차 발전, 해수의 온도차를 이용하다.

해수온도차 발전은 수백 미터 아래의 차가운 수온과, 비교적 따듯한 표면 해수의 온도 차를 이용해 에너지를 얻습니다. 고온의 표층수를 이용해 폐쇄파이프 내부를 흐르는 액체 냉매를 가스로 만들어(팽창시켜) 터빈을 돌린 후, 저온의 심해수를 이용해 다시 액화시키는(응축시키는) 과정을 반복하면서 에너지를 얻게 됩니다. 해수 온도차가 클수록 에너지를 얻는데 유리합니다. 발전 장치의 용량만큼만 열 자원을 확보하면 되고, 발전에 필요한 히트펌프 장치는 기존에 개발된 기술로 운용이 가능합니다.

다만 심해와 표면해수의 온도가 지역마다 다르기 때문에, 대략 20~25℃ 정도의 온도 차이가 있는 열대 기후 지역, 적도 부근 등 제한적인 환경에서 가능합니다. 또한 설치 규모가 크고 가격이 높아, 발전 설비와 함께 시너지를 낼 수 있는 다양한 병행 시설의 설치를 필요로 할 수 있습니다.

:: 참고자료 ::

[도서] 신재생에너지(출판사: 씨아이알)

시화호조력발전소(KIOST)

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출처 한국에너지정보문화재단

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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.