[한국뉴스투데이] 최근 국내 최초로 제주도가 그린수소의 생산부터 보급, 활용까지 상용화하고 오는 2035년까지 넷제로(Net-Zero)를 선포했다. 지난해 정부도 성남 광역정수장의 소수력발전을 이용해 친환경 수소를 만드는 ‘수전해 기반 그린수소 생산시설’을 준공했다. 2050년 탄소중립을 실현하기 위해 생산 과정에서 이산화탄소 배출이 없는 가장 친환경적인 그린수소에 거는 기대가 크다.
그린수소로 교통난까지 해소 기대
지난 19일 제주는 제2회 그린수소 글로벌 포럼의 부대행사로 '그린수소 사이트 투어'를 진행했다. '그린수소 사이트 투어'는 그린수소 글로벌 포럼이 열리는 제주국제컨벤션센터에서 출발해 제주시 구좌읍 행원리 3.3㎿ 그린수소 생산시설과 카본프리아일랜드(CFI) 미래관, 함덕그린수소충전소까지 수소버스로 둘러보는 일정으로 진행됐다.
앞서 제주는 지난 2020년부터 3.3㎿를 생산할 수 있는 행원 그린수소 생산시설에 대한 실증에 나섰고, 지난해 8월 마무리해 성공을 거뒀다. 이렇게 생산된 수소는 함덕그린수소충전소로 옮겨진다. 함덕그린수소충전소는 시간당 25kg 기준 수소버스 4대, 5kg 기준 수소승용차 20대를 충전할 수 있는 설비를 갖추고 있다.
행원 그린수소 생산시설 성공을 바탕으로 제주는 오는 2026년까지 북촌에 12.5㎿급 생산시설을 구축할 예정이다. 국내에서 유일하게 그린수소를 생산하고 상용화한 제주는 최근 에너지 대전환을 통한 2035 탄소중립 비전을 선포하고 오는 2035년까지 온실가스 농소를 0으로 만드는 넷제로(Net-Zero) 제주를 만든다는 각오다.
또 현재 제주는 관용차 10대, 버스 9대, 청소차 1대 등 수소차량을 운영 중인데, 올 연말까지 수소버스를 20대까지 늘린다는 계획이다. 또 오는 2030년까지 버스 300대와 청소차 200대까지 수소차량을 늘리고 수소를 이용한 수소전기트램을 제주 시내에 도입해 도심의 교통난을 해소할 것으로 기대하고 있다.
그린수소는 뭐가 다를까
신재생에너지인 수소는 생산 방식과 친환경성에 따라 크게 그린수소, 그레이수소, 블루수소로 나뉜다. 현재 전세계 수소 생산량의 96%는 그레이수소다. 그레이수소는 생산과정에서 이산화탄소가 배출되며 천연가스를 고온·고압에서 분해해 얻는 개질(추출)수소와 석유·화학공정이나 철강 생산 때 부산물로 나오는 부생수소로 구분된다.
약 1kg을 생산하는데 10kg의 이산화탄소가 배출되기 때문에 수소 중에는 친환경성에서 가장 멀다. 블루수소는 그레이수소와 동일한 생산방식으로 생산되는데 다만 생산할 때 배출된 이산화탄소를 그대로 대기로 방출하는 것이 아니라 이산화탄소 포집 및 저장 기술을 통해 온실가스 배출을 줄인 수소다.
그린수소는 수력 등 재생에너지 전력을 이용해 순수한 물을 전기분해(수전해)해 생산한 수소다. 태양광이나 풍력처럼 신재생에너지 발전을 통해 얻는 전력으로 물의 전기에너지를 가해 수소와 산소를 생산하기 때문에 이산화탄소 배출이 전혀 없다. 이에 수소에너지 중에서도 가장 친환경적인 수소로 손꼽힌다.
문제는 비용 등 상용화를 위해 해결해야할 벽이 높다는 점이다. 가장 큰 문제는 생산단가가 높다는 점이다. 경제적 문제는 그린수소 상용화의 발목을 잡고 있다. 또 수전해 설비의 효율이 높지 않아 생산을 위해 전력을 끌어다 써야 한다는 기술적 문제도 그린수소가 상용화되지 못하는 이유다.
정부도 그린수소 생산에 기대
그럼에도 그린수소는 가장 친환경적이라는 이유로 앞으로의 기대를 한 몸에 받고 있다. 앞서 지난해 9월 환경부와 한국수자원공사는 성남 광역정수장에서 정수장의 소수력발전을 이용해 친환경 수소를 만드는 수전해 기반 그린수소 생산시설을 준공했다. 또 생산시설 연계 수소차 충전 기반시설 구축 업무협약을 통해 민관 합동 이동형 수소충천소 구축을 계획했다.
해당 그린수소 생산시설은 국내 최초로 준공된 그린수소 생산시설이다. 재생에너지인 수력을 이용한 사례도 국내 최초로 국고 31억원과 한국수자원공사 13억원 등 총 44억원의 사업비가 투입됐다. 성남정수장 소수력 발전기 2기(700kW)를 이용해 18톤의 물을 전기분해(수전해)하는 방식으로 하루에 수소차 40대분인 188kg의 수소(H2)가 생산된다.
한편, 그린수소의 고비용 문제를 해결하기 위한 개발도 이어지고 있다. 최근 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 장지현 교수팀은 전기적 특성이 우수한 산화철 사용한 광전극을 이용해 친환경 수소를 생산하는 시스템을 개발했다. 그간 산화철은 전기적 성능이 부족해 수소 생산 효율이 낮았는데 연구팀은 산화철의 구조적 특성에 주목해 이번 개발을 이끌었다.
게르마늄(Ge)과 티타늄(Ti), 주석(Sn)을 섞어 산화철의 전기적 특성을 개선하고 열을 이용해 다공성 구조를 만들어 반응 면적을 넓히고 전자 이동 거리를 줄이는 방식으로 물 분해 효율을 높였다. 이렇게 10nm 이하의 다공성 산화철 전극을 제작해 태양광을 이용한 수소 전환 효율을 3.2배 높어 안정적인 수소 생산이 가능해질 전망이다.
