수소경제의 필요성과 기후 변화 대응 전략: 그린수소 시대를 준비하자

1. 요약

• 기후 변화는 현대 인류가 직면하고 있는 가장 심각한 도전 중 하나이며, 이를 해결하기 위한 노력이 시급합니다. 지구 온난화와 기상이변은 매년 심화되고 있으며, 이러한 문제에 대응하기 위한 다양한 전략이 필요합니다. 그 중 하나가 바로 수소경제입니다. 수소경제란 수소를 주요 에너지원으로 활용하여 에너지 공급망을 재구성하는 시스템을 말합니다. 이는 기후 변화와 에너지 안보 문제를 동시에 해결할 수 있는 유망한 대안으로 부각되고 있습니다. 수소는 연소 시 오염물질을 거의 발생시키지 않으며, 재생 가능 에너지원으로부터 생산될 수 있어 지속 가능한 발전을 이루는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

• 이와 함께, 기후 변화에 대한 글로벌 대응으로서 다양한 국가들은 친환경 기술을 개발하고 보급해야 할 필요성이 강조됩니다. 예를 들어, UN의 지속 가능한 발전 목표(SDGs) 중 13번은 기후 변화 문제에 대한 긴급한 조치를 요청하며, 이는 국제 사회가 공동으로 협력하여 기후 변화의 영향을 최소화하고 대응 능력을 높여야 함을 의미합니다.

• 최근에는 수소 연료전지 기술의 발전과 그린수소 생산 기술이 주목받고 있습니다. 현재 다양한 수소 연료전지 기술이 연구되고 있으며, 이 기술들은 수소를 활용한 전력 생산 및 다양한 산업 분야에서의 응용 가능성을 높이고 있습니다. 특히 그린수소의 생산 방법이 탄소 배출이 없는 청정 에너지 자원으로 인식되면서, 수소경제는 앞으로 더욱 활성화될 것으로 기대됩니다. 따라서, 지속 가능한 미래를 위한 수소경제의 필요성을 강조하는 본 글은 독자 대부분에게 중요한 통찰을 제공할 것으로 예상됩니다.

2. 기후 변화의 심각성과 이를 극복하기 위한 글로벌 노력

• 2-1. 지속 가능한 발전 목표와 기후 변화

• 기후 변화 문제에 대한 대응은 지속 가능한 발전과 밀접하게 관련되어 있습니다. UN의 지속 가능한 발전 목표(SDGs) 중 13번은 기후 변화에 대한 긴급한 조치를 요구하고 있으며, 이는 모든 국가가 기후 변화의 영향을 최소화하고 그에 대한 적응력을 높이기 위해 협력해야 함을 의미합니다. 기업과 정부는 친환경 기술의 개발과 보급을 통해 기후 위기에 대응해야 하며, 이는 경제적 측면에서도 지속 가능한 발전을 이루는 데 기여할 것입니다. 투자가 이루어져야 할 분야로는 신재생에너지, 에너지 효율성 향상 및 탄소 포집 기술 등이 있으며, 이는 기후 변화 대응뿐만 아니라 경제 성장에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

3. 수소경제의 개념 및 필요성

• 3-1. 수소경제란 무엇인가?

• 수소경제란, 수소를 주요 에너지원으로 활용하여 에너지 공급망 전반을 재구성하는 경제 체제를 지칭합니다. 이러한 개념은 1970년대 중반부터 시작되어, 최근에는 기후변화와 에너지 안보 문제에 대한 관심이 증대됨에 따라 더욱 주목받고 있습니다. 수소는 고체, 액체 또는 기체 형태로 저장되고 전송될 수 있으며, 연료전지 또는 기타 에너지 변환 기술을 통해 전기 및 열에너지로 변환될 수 있습니다. 특히, 수소는 연소 시 오염물질을 거의 발생시키지 않기 때문에(clean hydrogen), 기후변화 대응 및 지속 가능한 발전을 위한 중요한 대안으로 간주되고 있습니다.

• 3-2. 기후 변화에 대응하는 수소의 역할

• 기후 변화는 현재 인류가 직면한 가장 큰 도전 과제 중 하나이며, 온실가스 감소가 필수적입니다. 수소는 재생 가능 에너지원으로부터 생산될 수 있으며, 이로써 탄소 배출 없는 에너지 전환을 가능하게 합니다. 예를 들어, 그린 수소는 태양광이나 풍력과 같은 재생에너지를 이용해 물을 전기분해하여 생산되며, 이 과정에서 이산화탄소가 발생하지 않기 때문에 환경 친화적입니다. 따라서 수소는 탄소 배출 저감 목표를 달성하는 데 있어 필수적인 역할을 할 수 있으며, 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

• 3-3. 화석 연료 의존도 감소의 필요성

• 현재 전 세계 에너지 시스템은 여전히 화석 연료에 크게 의존하고 있습니다. 하지만 화석 연료의 지속적인 사용은 환경 오염과 기후 변화를 악화시키는 주요 원인으로 작용하고 있습니다. 특히, 석유, 석탄 및 천연가스의 사용은 대량의 이산화탄소를 발생시키며, 이는 지구 온난화의 주범입니다. 수소경제는 이러한 화석 연료의 의존도를 줄일 수 있도록 설계되어 있으며, 지속 가능한 에너지 시스템으로의 전환을 촉진하는 기회를 제공합니다. 국가와 기업들은 수소를 대체 에너지원으로 채택하여 환경 영향 최소화 및 에너지 안보를 동시에 달성할 수 있는 길을 모색해야 합니다.

4. 수소 관련 기술과 산업 발전 전망

• 4-1. 수소 연료전지 기술의 발전

• 수소 연료전지 기술은 에너지를 생산하는 데 있어 매우 효율적인 방법으로 주목받고 있습니다. 연료전지란 화학반응을 통해 전기를 생성하는 장치로, 특히 수소를 연료로 사용하는 경우 탄소 배출이 거의 발생하지 않아 환경 친화적입니다. 현재 전 세계적으로 수소 연료전지에 대한 연구와 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 특히 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)와 고체 산화물 연료전지(SOFC)가 주목받고 있습니다. 이 두 기술은 각각의 장점과 차별성을 가지고 있는데, PEMFC는 빠른 반응속도와 높은 에너지 밀도를 자랑하며, SOFC는 높은 효율성과 긴 수명을 제공합니다. 이러한 기술 발전은 전기차, 선박, 항공기 등 다양한 분야에서의 수소 연료전지 응용을 더욱 촉진하고 있습니다.

• 4-2. 그린수소 생산 기술 개요

• 그린수소는 재생에너지를 이용하여 생산된 수소로, 탄소 배출이 없는 청정한 에너지 자원으로 주목받고 있습니다. 현재 그린수소 생산 방식으로는 주로 전기분해가 사용되며, 이 과정에서 태양광 또는 풍력과 같은 재생 가능한 에너지원이 활용됩니다. PEM 전해조와 알칼라인 전해조 등의 기술이 적용되며, 각각의 기술은 효율성, 비용, 설치 용이성 등에서 차별화된 장점을 가지고 있습니다. 예를 들어, 지필로스의 100kW PEM 전해조는 소형화 및 고효율성을 자랑하며, 하루 최대 48.53kg의 수소를 생산할 수 있습니다. 이러한 기술들은 그린수소 생산의 경제성과 체계화를 통해 수소 경제의 활성화에 기여할 것으로 기대됩니다.

• 4-3. 수소 활용 분야의 다양성 및 시장 전망

• 수소는 다양한 분야에서 활용될 수 있는 잠재력을 지닌 에너지원입니다. 현재 수소의 주요 용도는 대체 연료로서의 역할이 두드러지며, 특히 수소연료전지차, 수소 발전소, 산업 공정에서의 수소 사용이 활발히 이루어지고 있습니다. 예를 들어, 수소연료전지차는 유럽, 미국, 일본 등의 주요 시장에서 빠르게 보급되고 있으며, 전 세계 수소차 시장은 2030년까지 급속한 성장이 예상됩니다. 또한, 수소를 연료로 하는 발전소나 기타 산업 응용 분야에서도 수소의 수요는 지속적으로 증가할 것으로 보입니다. 최신 보고서에 따르면, 수소 관련 산업은 2030년까지 22.6배 성장할 수 있다는 전망이 나오고 있으며, 이는 수소 경제가 상용화되는 중요한 경로가 될 것입니다.

5. 수소사회로 나아가는 길: 혁신과 정책

• 5-1. 수소경제를 지원하기 위한 정책적 노력이 필요

• 수소경제의 발전은 각국의 정책적 노력이 필수적입니다. 기후 변화와 환경 오염 문제를 해결하기 위해 많은 국가들이 자국의 에너지 정책에 수소경제를 통합하고 있습니다. 예를 들어, 독일은 2020년 수소 전략 로드맵을 발표하고, 수소 기술의 연구 및 상용화를 위한 막대한 예산을 지원하고 있습니다. 이는 재생에너지를 기반으로 한 수소 생산과 관련 인프라의 구축을 초점으로 하고 있습니다. 한국 또한 친환경 분산 발전원을 육성하고 수소 경제를 활성화하는 정책을 추진하고 있으며, 이를 위해 수소 생산 및 활용에 대한 체계적인 정책 수립이 진행되고 있습니다. 이러한 전반적인 정책적 노력이 수소 경제 생태계를 구축하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.

• 5-2. 산업 전환을 위한 제도적 장치

• 산업 전환을 위한 제도적 장치가 마련되어야 수소 경제가 실제로 뿌리내릴 수 있습니다. 수소 생산과 활용에 대한 기술 혁신은 물론, 산업 전반의 에너지 효율을 높이는 방향으로 나아가야 합니다. 이를 위해서는 수소 중심의 산업 생태계를 조성하는 법제화가 필요합니다. 예를 들어, 수소법제정은 수소의 안전한 생산과 사용을 위한 법적 기반을 마련하며, 수소 충전소와 생산 시설에 대한 규제, 인센티브 제도를 통해 시장 활성화를 촉진할 수 있습니다. 일본과 독일은 수소 기반 산업 전환을 위한 구체적인 제도적 장치를 도입하여 수소차 및 관련 인프라의 구축을 가속화하고 있습니다.

• 5-3. 기술 혁신 및 연구개발의 중요성

• 수소사회로의 전환은 기술 혁신과 연구개발(R&D)에 크게 의존하고 있습니다. 수소 생산, 저장, 운송 및 활용에 필요한 다양한 기술적 장치들이 신속하게 발전해야 합니다. 예를 들어, 재생에너지를 통한 그린 수소 생산 기술과 P2G(Power to Gas) 기술은 이러한 혁신의 상징입니다. P2G 기술은 재생가능한 에너지원에서 생산된 전력을 활용하여 수소를 생산하는 방법으로, 여러 국가에서 연구개발 투자와 함께 실증 프로젝트를 통해 효과성을 검증하고 있습니다. 한국의 지필로스는 PEM(고분자전해질막) 수전해 시스템을 상용화하여 연간 수십 톤의 수소를 안정적으로 생산할 수 있는 기술을 선보였습니다. 따라서, 기술 혁신은 수소 경제의 발전을 가속화하고 새로운 산업 기회를 창출하는 핵심 요소입니다.

결론

• 수소경제는 기후 변화 대응과 지속 가능한 발전을 이루기 위한 필수요소로 자리잡고 있습니다. 기후 변화로 인한 위기가 심각해짐에 따라, 정부와 기업의 수소 관련 기술 개발과 산업화에 대한 투자가 더욱 절실히 요구됩니다. 특히, 그린 수소의 상용화는 인류가 꿈꾸는 청정하고 지속 가능한 미래를 실현하는 데 중요한 열쇠로 작용할 것입니다.

• 앞으로 각국의 정책 수립과 연구개발 지원이 효율적으로 이루어진다면, 수소사회로의 전환은 실현 가능할 것입니다. 독일, 한국 등 여러 나라의 사례처럼 정책적 뒷받침이 되어야만 수소 경제가 활성화될 수 있으며, 이는 새로운 산업 기회와 일자리를 창출하는 데까지 이어질 수 있습니다. 또한, 수소 생산, 저장, 활용에 필요한 다양한 기술 혁신이 요구되며, 이를 통해 수소경제는 에너지 구조 전환을 위한 필수적 경로로 자리잡을 것입니다.

• 결론적으로, 기후 변화 대응을 위한 수소경제의 실현은 단순히 환경적 측면을 넘어서, 경제적 지속 가능성을 확보하는 중요한 과제입니다. 각국 정부와 기업들은 수소의 활용을 확대하기 위한 실질적인 노력을 지속하며, 모두가 함께하는 그린 수소 시대를 맞이해야 할 것입니다.

용어집

• 수소경제 [개념]: 수소를 주요 에너지원으로 활용하여 에너지 공급망을 재구성하는 경제 체제입니다.

• 그린수소 [에너지 자원]: 재생에너지를 이용하여 생산된 수소로, 탄소 배출이 없는 청정 에너지입니다.

• PEMFC [기술]: 고분자 전해질 연료전지로, 수소를 이용해 전기를 생산하는 장치로 고효율적입니다.

• SOFC [기술]: 고체 산화물 연료전지로, 전기 생산에 높은 효율성과 긴 수명을 제공합니다.

• 전기분해 [기술]: 전기를 사용하여 물을 분해하여 수소를 생산하는 과정입니다.

• P2G (Power to Gas) [기술]: 재생 가능한 에너지원으로 생산된 전력을 활용하여 수소를 생산하는 기술입니다.

• 지속 가능한 발전 목표 (SDGs) [정책]: UN이 설정한 17개의 목표 중에서, 기후 변화 문제에 대한 긴급한 조치를 요구하는 13번 목표를 포함합니다.

• 탄소 포집 기술 [기술]: 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 저장하거나 활용하는 기술입니다.

출처 문서

• 기계·로봇 연구정보센터https://materic.or.kr/rt/content?idx=181260&page=1&board_idx=1034
• 수소경제 실현을 위한, 수소ㆍ연료전지 관련 핵심기술 개발동향과 시장ㆍ사업화 전망https://www.irsglobal.com/goods/84500
• 수소산업 동향 및 산업발전 전망http://www.keaj.kr/news/articleView.html?idxno=2674
• 지필로스, 탈탄소 핵심 기술로 그린수소시대 연다https://www.energy-news.co.kr/news/articleView.html?idxno=206045