수소차 연료 `수소` 어떻게 만들까

• 김경택 기자
• 입력 : 2018.10.07 09:03:09

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[자료 제공 = NH투자증권] 수소차의 연료로 쓰이는 수소는 풍부한 자원이지만 자연상태에서 단독으로 존재하는 에너지원이 아니다. 수소는 물, 화석연료, 생명체 등에 내재하지만 에너지형태로 사용되기 위해서는 추출 과정을 거쳐야 한다.

최근 NH투자증권이 발간한 자료에 따르면 수소생산기술로는 화석연료를 활용한 개질방식과 수전해 방식(물 전기분해) 이 있다. 석탄은 가스화(gasification)를 통해, 천연가스는 수증기개질(Vapor reforming)을 통해 이산화탄소와 수소로 분리할 수 있다.

화석연료를 개질해 수소를 추출하는 데는 일반적으로 수증기나 산소를 첨가해 촉매 상에서 접촉분해하는 방법이 이용된다. 대표적인 개질 방식에는 수증기 개질방식, 부분산화방식, 자열개질방식이 있다. 수증기 개질방식은 탄화수소를 수증기와 반응시켜 물에 함유된 수소를 추출하는 방식이다. 이산화탄소 생성비가 낮고 일정량의 탄화수소로부터 많은 양의 수소를 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 공정 온도가 750℃ 전후로 높아 에너지 소비가 많다는 단점이 있다.

부분산화방식의 경우 발열반응으로 외부가열이 불필요하며, 소정 온도에 도달할 때까지 가동시간을 단축할 수 있으나 공기를 산소원으로 할 경우에는 질소 혼입에 따라 수소농도가 저하되는 단점이 있다. 자열개질방식은 부분산화반응과 수증기개질반응의 2가지 반응에 의해 수소를 생산하는 방식으로, 부분산화방식의 가동성과 수증기개질방식의 효율성을 조합한 방식이다.

조수홍 NH투자증권 연구원은 "화석연료를 개질한 수소생산이 현재 가장 경제적인 방법"이라면서 "천연가스에서 제조된 수소를 사용하는 수소연료전지차(FCEV)의 경우 운행과정에서의 배출가스가 없지만 수소생산과정을 포함할 경우 FCEV의 이산화탄소배출량은 가솔린차량의 약 70% 수준"이라고 설명했다. 온실효과 측면에서 기존 화석연료는 주행 시 이산화탄소를 대부분 배출하지만, 수소는 제조(천연가스 개질시)과정에서 이산화탄소를 배출한다. 소비지가 아닌 생산지에서 환경오염을 유발한다는 한계가 있다는 뜻이다.

수전해기술은 물을 전기분해해 수소를 얻는 방법이다. 고순도의 수소가 생산되며 환경오염이 적다는 장점이 있지만, 고가의 전력비용이 수소제조 과정에서 발생한다는 단점이 존재한다.

조 연구원은 "따라서 신재생 에너지의 발전과 궤를 같이 해야한다"면서 "태양광, 풍력 등 신재생에너지를 활용해 전기를 생산하고 이를 활용해 물을 전기분해해서 수소를 얻는 과정이 필요하다"고 진단했다. 다만 환경에 따라 발전편차가 있고, 에너지변환효율이 낮아 현재는 수소생산단가가 가장 높은 방식이라고 그는 설명했다.