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.

전기분해로 수소를 만드는 법

수소를 만드는 방법은 다양합니다 우리에게 잘 알려진 그레이, 블루, 그린 수소는 화석연료를 이용해 만들어집니다. 하지만 수소를 만드는 방법이 또 있습니다. 바로 전기를 분해하는 것이죠

알카라인 방식 가장 많이 알려지고 발전된 기술입니다. 물을 전기 분해할때 발생하는 전기 저항을 줄이기 위해 촉매제로 알칼리성 용액인 수산화칼륨을 이용합니다

고분자 전해질 방식 물을 전기 분해할때 고분자 전해질 막을 이용하는 기술입니다. 다른 방식에 비해 넓은 부지가 필요하지 않으며 효율이 높아 고전류밀도 운전이 가능합니다. 비싼 촉매제가 큰 단점입니다.

고체 산화물 방식 물이 아닌 고온 증기를 전기 분해해 수소를 얻는 방법입니다. AEC나 PEM보다 효율이 높지만 아직 기술 완성도가 많이 떨어지기 때문에 비쌉니다.

음이온 교환막 방식 물을 전기분해할 때 음이온 교환 막을 이용하는 기술입니다. 소재가 저렴하고 소형화가 가능해 재생 에너지의 불규칙한 전력에 빠르게 대응할 수 있다는 장점이 있습니다. 상업화하기엔 개발이 더딘 편입니다.

전기 분해로 수소를 만드는 방법은 빠르게 발전하고 있으나 아직 시장이 불확실합니다. 제조 및 시스템 설계를 표준화하고 성능을 개선한다면 보다 깨끗한 에너지를 만들수 있겠죠

전기분해로 수소를 만드는 법

수소를 만드는 방법은 다양합니다 우리에게 잘 알려진 그레이, 블루, 그린 수소는 화석연료를 이용해 만들어집니다. 하지만 수소를 만드는 방법이 또 있습니다. 바로 전기를 분해하는 것이죠

알카라인 방식 가장 많이 알려지고 발전된 기술입니다. 물을 전기 분해할때 발생하는 전기 저항을 줄이기 위해 촉매제로 알칼리성 용액인 수산화칼륨을 이용합니다

고분자 전해질 방식 물을 전기 분해할때 고분자 전해질 막을 이용하는 기술입니다. 다른 방식에 비해 넓은 부지가 필요하지 않으며 효율이 높아 고전류밀도 운전이 가능합니다. 비싼 촉매제가 큰 단점입니다.

고체 산화물 방식 물이 아닌 고온 증기를 전기 분해해 수소를 얻는 방법입니다. AEC나 PEM보다 효율이 높지만 아직 기술 완성도가 많이 떨어지기 때문에 비쌉니다.

전기 분해로 수소를 만드는 방법은 빠르게 발전하고 있으나 아직 시장이 불확실합니다. 제조 및 시스템 설계를 표준화하고 성능을 개선한다면 보다 깨끗한 에너지를 만들수 있겠죠

관련 링크 : https://blog.naver.com/kogasblog/222905450658

출처 한국가스공사

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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.