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[기획원고] 『탄소중립, 지구와 화해하는 기술』 서평 ② 수소·태양광 등…탄소중립 달성 열쇠 쥔 과학 기술

『탄소중립, 지구와 화해하는 기술』 서평 ②

수소·태양광 등…탄소중립 달성 열쇠 쥔 과학 기술 

 

  한국에너지정보문화재단 디지털소통팀

 


탄소중립지구와 화해하는 기술』 은 울산과학기술원(UNIST)에서 현재 기후변화 및 탄소중립 관련 연구개발에 참여하고 있는 교수들이 직접 저술한 책입니다기후위기의 심각성과 탄소중립의 필요성은 물론수소에너지태양광 에너지 등 탄소중립 달성을 위한 핵심 기술에 대해 소개하고 있습니다.

 

 

탄소중립지구와 화해하는 기술』 표지.

(저자 김용환김진영방인철서용원윤의성이명인임한권출판사 도서출판 씨아이알(출처 : YES24 https://bit.ly/3wH7VFU)

 

 

서평 1편에서는 탄소중립이 왜 필요한지와 국내 온실가스 배출량 내 에너지 분야의 절대적인 비중을 살펴보았는데요, 2편에서는 책에 소개된 탄소중립 달성을 위한 핵심 기술 중 수소 에너지와 태양광 에너지를 소개하고자 합니다.

 

서평 1편 바로가기



왜  수소 에너지인가?


 

책에 따르면 태양광, 풍력 등과 같은 신재생 에너지 발전은 전 세계적으로 기상·기후·지역 등의 영향을 크게 받기 때문에 ‘에너지 저장’이 매우 중요합니다. 그리고 국내외에서 주목하고 있는 에너지 저장 방법 중 하나가 바로 신재생에너지로 생산한 전력을 활용하여 물을 전기분해하고 수소를 생산(저장)한 후, 연료전지로 발전하는 방법이라고 합니다. 이는 “신재생 에너지 확대로 인해 발생하는 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 사용 전 과정에서 이산화탄소 배출량 0을 달성할 수 있는 효과적인 방법”으로 각광받고 있습니다.

 

또한, 수소는 “현재 사용 중인 화석 에너지 기반 연료와 비교했을 때 질량당 포함하는 에너지의 양이 휘발유의 4배에 해당할 정도로 크며, 이는 같은 양의 연료로 4배의 에너지를 낼 수 있음을 뜻”합니다. 이렇게 생산된 수소는 “암모니아 제조, 화학/정유 산업, 전력 산업, 금속/유리 산업, 식품 산업 등 다양한 분야에 활용할 수 있다는 점에서 매력적인 미래 에너지원”이라고 할 수 있습니다.

 

그린수소의 경제성 확보가 필수

 

그러나 수소는 생산 방식에 따라 “아수라 백작과 같은 양면성”을 지니는데요, “신재생 에너지 발전으로 생산한 전기를 활용하여 수전해를 통해 만들어지는 그린수소는 대표적인 친환경 에너지원”이지만 현재 생산되는 수소는 대부분 천연가스 및 석탄 등의 화석 연료를 가열하는 방식으로 생산되는 그레이 수소(천연가스 수증기 개질을 통해 수소 생산) 또는 브라운 수소(석탄 가스화 반응으로 수소 생산), 블루 수소(천연가스 수증기 개질 반응 및 석탄 가스화 과정을 통해 수소를 생산하되, 그 과정에서 생성된 이산화탄소를 포집 및 저장하는 기술을 사용하여 처리)이기 때문입니다. 따라서 탄소제로 사회로 전환하기 위해서는 그린수소의 경제성 확보가 필수적이라고 할 수 있습니다. 

 

 

 

생산방식에 따라 나눠지는 수소의 종류탄소중립 달성을 
위해서는 그린수소 확보가 필수적입니다(출처 : S&P Global https://bit.ly/3hF7uHN)


 

태양광발전의 현황과 미래

 

책에 따르면 현재 가장 많이 보급되었고 미래에도 가장 많이 이용될 발전용 태양전지는 실리콘을 기반으로 하고 있습니다. 그런데 실리콘은 제조 방법이 복잡하고 고온 열 공정으로 인해 큰 에너지와 거대한 장비가 필요한데요, 이러한 단점을 극복하기 위해 차세대 태양전지 중 용액공정과 저온공정이 가능한 페로브스카이트 태양전지 및 유기 태양전지가 각광받고 있다고 합니다. 특히 현재 페로브스카이트 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지를 위협할만한 효율을 달성하고 있으며, 다양한 형태로 제작할 수 있다는 장점이 있습니다.​

 

 

지난 2월 한국화학연구원의 페로브스카이트 태양전지 논문이 
<네이처>의 표지로 선정되어 주목을 받았습니다이 논문에 
반영된 25.2%의 효율은 2019년 8월에 달성한 것으로실리콘 
태양전지의 최고효율 26.7%와 1.5% 차이밖에 나지 않는다고 
합니다또한 표지논문으로 실린 지 두 달만인 4월에
 UNIST(울산과학기술원한국에너지기술연구원의 논문이 <네이처>
또 실려 화제가 되었는데요효율(비공인)이 25.6%에 이르는 
페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 합니다(출처 한국화학연구원 https://bit.ly/3reqvUO)

 

  

또한 저자는 국토가 좁고 인구밀도가 높은 우리나라에서 태양광을 확대 보급하기 위해서는 설치비용이 적고 도심 구조물 및 건축물과 심미적인 조화를 이루는 태양전지의 개발이 필요하다고 말하며, 건물용 태양광발전(BIPV: Building Integrated Photovoltaics 또는 BAPV: Building Applied Photovoltaics)을 소개합니다. 건물용 태양광발전에는 지붕형, 벽면형, 창문형 등이 있고, 이를 실현하기 위해 가벼우면서도 다양한 색깔을 낼 수 있는 재료로 만드는 태양전지 개발이 필수적입니다. 이때 실리콘 기반의 태양전지는 불투명하고 색상도 검은색 계열이어서 도심 구조물 등에 적용하기 힘들며, 딱딱한 실리콘의 특성상 다양한 곡면과 형태의 건물에 적용하기 어려운 점이 있습니다. 책에서는 이를 극복하기 위한 방안으로 차세대 태양전지로 떠오르고 있는 유기 혹은 페로브스카이트 박막형 태양전지를 소개하고 있습니다.

2017년에 개관하여 파리 서부의 새로운 랜드마크로 자리잡은 복합문화공간 라 센 뮤지칼(La Seine Musicale). 
470개의 태양광 패널로 만들어져 햇빛의 방향에 맞춰 회전하는 태양광 돛(45m)이 인상적인 이 건물은 책에서 말하는 
건축물과 심미적인 조화를 이루는 도심 태양광의 잠재력을 보여줍니다. (출처 : CLAD News https://bit.ly/3xIVI4G)


이상으로 『탄소중립, 지구와 화해하는 기술』 에 소개된 수소와 태양광 에너지에 대해 짧게 살펴보았는데요, 다양한 과학 기술이 빠르게 발전하여 책의 제목처럼 지구와 화해할 수 있는 그날이 오기를 기대해봅니다. 


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출처 한국에너지정보문화재단

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