신상길 에너지신문 논설위원.
신상길 에너지신문 논설위원.

[에너지신문] 미래 청정에너지를 ‘그린수소’로 선정하면 수소생산 공정에 대한 선택지가 크게 제한된다. 화학주기률표에서 가장 기초원소인 수소는 ‘청정에너지’로 명명되고 있고, 생산방식에 따라 크게 4가지로 분류된다.

그린수소를 비롯해 블루수소, 그레이수소, 브라운수소 등으로 세분화돼있다. 여기에 제조공정에 따라 핑크수소까지 더 상세하게 구분할 수 있다. 수소연료전지용 수소는 생산공정과 공급 형태 사이에서 결정돼야 할 것이다.

이는 전기차 보급이 자율주행능력에 따라 결정될 수 있지만, 수소차 보급은 전기료보다 저렴하거나 지역에 구애받지 않는 수소충전소의 개수 여부에 따라 결정되는 것과 유사하다.

상업 및 수송용 저농도수소는 대량 생산설비에서 저렴하게 생산하고 또한 실린더형 탱크로리 운송보다 고압배관 수송이 더 효율적이다. 우리는 이미 LNG산업에서 충분히 경험한 가스산업공급시스템이 있다.

배관수송용 수소는 메탄가스와의 혼합수소다. 이는 수소 함량이 25%를 넘어서면 사용상에 문제가 뱔생할 수 있어 전문 연구기관의 자문이 반드시 필요하다.

다만 수소생산 공정 종류는 다양하지 않다. 특히 그린수소로 한정하면 3~4가지 공정의 선택지에 의존해야 할 것이다. 첫 번째는 수전해 공정, 두 번째는 메탄의 탄소결합 전자고리의 해리 공정이다.

여기에 GTL(GAS-to-Liquide) 공정의 부생수소를 생산‧분리하는 공정을 추가할 수 있다. 최근 국제적인 인플레이션에 의한 물가상승 억제를 위한 반글로벌, 지역경제 복고에 더해 미국의 공급망 확보와 EU의 친환경 경제로의 복귀는 동북아 제조업 중심 국가의 해당 지역 상품 수출을 어렵게 하고 있다.

특히 EU용 상품생산에 탈탄소 연료 사용이 요구될 것이다. 이에 더해 일부 유럽 국가의 녹색혁명 결과 절대적인 비탄소 전력 사용까지 확대될 경우 그린수소 연료전지 발전과 수소차 생산 보급과 수소경제 인프라 운영을 요구하면 수출 전략상의 경제 문제가 크게 발생할 수 있다.

이는 무역전쟁이 아니라 대륙‧국가별 환경구조의 개혁 개선을 요구하는 구시대적 선진국과 신흥강국 사이의 강한 경제 충돌을 의미한다.

대단히 위험한 자유무역의 역류를 의미할 수도 있다. 이러한 경제 충돌을 피하기 위해서는 현재까지 알려지지 않은 새로운 산업용 수소 대량 생산 공정과 액체수소 공급계약(포르투갈과 네덜란드) 및 업무 분담이 EU지역 국가별로 진행 중이며 독일과 네덜란드에서 수소시대의 시간 내 달성을 위해 국가 연합으로 진행 중이다.

다만 앞서 언급했듯 수소 대량 생산 공정은 확고한 그린수소 생산이 일반화되지 않고, 수전해 수소 공정과 용광로 배기가스 분리 공정 개선이 언급되고 있다.

수소생산 공정은 미완성 기술로 분리하고 기존의 수소 프로세스 엔지니어링 보다는 현대판 복합기술 공정으로 문제를 해결할 필요가 있다.

즉 기술의 융복합화다. 이를 위해서는 열수지와 물질수지의 최적화, 오페레이션의 인공지능 활용, 수전해 설비의 로봇화 그리고 전 설비 공정의 무인화 등이 필요하다.

액체수소의 원거리 해양 수송은 아직 익숙하지 않은 물류 공급시스템이지만 단시간 내 익숙해질 수 있는 공급시스템이다.

육상에서의 수소수송과 운영시스템 인프라 계획은 가장 먼저 독일이 디자인을 완성했으며 러시아-우크라이나 전쟁 전에는 유럽이 필요로 하는 수소는 우크라이나산 그린수소를 배관으로 공급받는 계획을 준비했지만, 지금은 사하라 사막 지역 중심의 과거 계획을 재검토하는 것 같은 분위기다.

반면, 미국 역시 과거 우주항공 경헙과 공정에 AI 기술 적응으로 수소경제 시대를 선도하기 위한 재생-수소시스템을 구상 중인 것으로 알려져 있다.

물론 왜 미국 정부가 재생에너지 분류에 원자력과 수소를 포함하면서 생산기능과 인프라 시스템이 거의 완벽한 셰일가스를 고려하지 않았는지 큰 의구심이 생긴다.

셰일가스 매장 예상 지역은 북미보다는 남미(아르헨티나), 중국 위구르 지역, 중앙아시아 그리고 아직은 확인되지 않은 중동지역 등이 존재한다. 지구상의 에너지 가용 탄화수소 매장량은 석탄을 제외하고, 석유보다는 천연가스 그리고 셰일가스(타이트가스 포함)가 석유 매장량보다 가스매장량이 훨씬 많으며 특히 지구상에 골고루 매장돼있다.

또한 셰일가스 채굴 공법 역시 선진국의 절대 독점기술이 아니다. 셰일 생산 기술은 점진적으로 경제적이며 동시에 환경적으로 적응 가능한 형태로 기술이 발전하게 될 것이다. 기술 개발 속도와 범위가 무한정이기 때문이다.

현재 그린수소의 상업적인 생산은 과거 탄화수소 처리기술(Hydrocarbon Processing Engineering)의 범위를 아직 벗어나지 못하고 있다. 하지만 젊은 층이 AI, 입체화학 그리고 이온반응이 아니고 전자해리 반응이 석유, 가스 및 케로진(Kerogen) 분야에 도입되면 그린수소와 미세탄소 생산이 상용화될 것으로 전망된다.

그린수소 생산을 위한 상업적 생산이 가능한 기술의 실용화는 유럽 지중해연안국과 영국에서 진행되고 있다. 미국, 일본 그리고 독일은 수소공학과 연관된 또 하나의 기술인 ‘수소연료전지생산 조립기술’의 융복합화, 중형 수소연료전지 기술 개발로 미래 기술인 소형원자로 산업과 경쟁할 수 있는 발전장치 개발 보급에 국가적 연구역량을 집중하고 있는 것 같다.

우리나라도 수소생산에 더해 활용범위를 넓혀 수소경제 산업의 미래 먹을거리로 육성해야 한다.

저작권자 © 에너지신문 무단전재 및 재배포 금지