[에너지신문] 수소는 산소와 반응해 연소하면서 열에너지를 방출하지만, 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시키면 연소 없이 전기에너지와 열에너지를 방출한다.
연료전지는 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시키는 시스템이며, 수소와 산소(또는 공기)를 공급하는 한 지속적으로 전기를 생산할 수 있다. 연료전지는 발전과정에서 환경오염이나 이산화탄소의 배출이 없는 고효율 청정에너지원이며, 가정용 또는 건물용 소용량 발전, 대용량 분산발전, 수소전기차 등의 다양한 용도로 사용이 가능하다.
연료전지에 수소를 공급하는 것에는 크게 두 가지 방법이 있다. 하나는 수소탱크로부터 수소를 직접 공급하는 것이고, 또 하나는 메탄(천연가스)을 공급하고 연료전지 장치에서 공급된 메탄을 수소로 변환해 사용하는 것이다. 발전용 연료전지는 대부분 도시가스로부터 메탄을 공급받으며, 수소전기차용 연료전지는 수소탱크로부터 수소를 공급받는다.
수소전기차의 수소탱크를 충전하려면 수소충전소가 필요하며, 이는 수소 튜브트레일러로 수소를 공급받는 저장식 수소충전소와 도시가스를 공급받아 직접 수소를 생산하는 제조식 수소충전소의 두 가지가 있다.
정부는 2019년 1월에 수소경제 활성화 로드맵을 발표했으며, 이는 수소전기차와 수소충전소 그리고 연료전지의 보급 확대가 주요 목표다. 현재까지 약 5000대의 수소전기차, 25개 이상의 수소충전소, 300MW 이상의 연료전지가 보급됐으며, 이는 지속적으로 확대될 예정이다. 수소의 안전성에 대한 우려로 인해 여러 지역에서 주민들의 반발이 있으며, 수소충전소와 연료전지 발전소의 건설에 있어서 주민수용성이 큰 이슈가 되고 있다.
주민들이 반발하는 주요 원인은 수소폭발에 대한 우려이나, 이는 상업적으로 수소를 이용하는 곳에서는 일어나기 어렵다. 수소는 가장 가벼운 기체로서 확산 속도가 빨라서 밀폐된 공간에서 축적되지 않는 한 폭발하지 않는다.
수소를 이용하는 설비는 환기가 잘 되게 하며, 수소 감지기를 설치해 누출 시 수소를 차단하는 밸브가 설치돼 있다. 또한 고압의 수소를 이용하는 설비는 고압가스안전관리법에 의해 관리되고 있다.
연료전지 발전소는 도시가스를 공급받아서 수소를 생산해 바로 사용하는 시스템이라 수소를 저장하는 설비가 별도로 없으며, 연료전지의 안전성은 가정에서 가스보일러나 가스레인지를 사용하는 것과 동일하다. 모든 수소충전소는 수소를 저장하는 설비를 구축하고 있는데, 이는 앞에 설명한 바와 같이 충분한 안전설비를 갖추고 있다.
우리나라는 수소충전소가 주로 도심 외곽에 위치하고 있는데, 미국이나 일본의 경우에는 도심지에도 수소충전소가 구축돼 있으며, 셀프충전도 가능하게 돼 있다. 수소충전소 구축과 관련된 안전규정은 우리나라가 해외에 비해 더욱 엄격한 편이며, 수소의 안전성에 대한 시민의식의 제고를 통해 도심지에도 수소충전소 구축이 가능해야 할 것이다.
수소전기차에는 수소탱크가 있으며, 수소전기차인 넥쏘는 약 6 kg의 수소를 저장할 수 있다. 수소전기차는 여러 개의 수소 감지기가 장착돼 있어 수소의 누출량에 따라 적절히 대응하도록 돼 있다. 또한 강한 충격이나 화재의 경우에 수소탱크의 수소를 일시에 방출할 수 있는 밸브가 설치돼 있어 사고 시에도 운전자의 안전을 확보할 수 있다.
마지막으로 수소하면 수소폭탄을 연상하는 경우도 있는데, 수소의 핵융합반응은 수소의 동위원소인 중수소와 삼중수소를 필요로 하며 기폭을 위해 원자폭탄 수준의 에너지가 필요하므로 우려의 대상이 아니다. 수소는 아직까지 우리 주변에 많이 사용되지 않고 있지만, 시간이 지나면 도시가스를 사용하는 것처럼 익숙해지게 될 것이다.