수소 에너지 생성과 운송

수소 에너지가 주목받기 시작한 시점에 대해, 수소 에너지, 글로벌 패권 전쟁의 서막 (https://wannab.tistory.com/9) 에서 살펴보았다. 이번 콘텐츠에서는 '수소에너지의 생성과 활용'에 대하여 다루어 보고자 한다.

 

수소는 우주 질량의 75% 가량 차지한다고 한다. 사실상 거의 무한한 물질이라고도 할 수 있겠다. 하지만 이러한 수소는 에너지로 활용 가능한 독립적인 수소분자로 존재하는 경우 보다, 대부분 물이나 가솔린과 함께 유기화합물 형태로 존재하고 있다고 한다.
그렇다면 이러한 상황속에서 수소를 통하여 에너지를 얻기 위해서는 무엇을 어떻게 해야 하는 것일까?

 

 

출처 : HMG 저널 _수소는 어떻게 만들어질까?

 

 

수소에너지는 어떻게 생성 될까?

 

일부 사람들은 수소에너지라 하면 물에서 바로 수소를 추출할 수 있을 것이라고 생각한다. 이러한 기술이 있다면 차량에 물을 주입하면 바로 차량 주행이 가능한 세상이 올 수도 있다는 것인데... 아직 갈길이 멀어만 보인다. 

현재 수소를 에너지로 활용하기 위한 추출 방식을 크게 3가지로 분류할 수 있다.

 

1) 개질 수소

: 천연가스인 메탄을 고온, 고압에서 수증기로 분해하는 과정에서 수소가 발생된다고 한다. 이 방법이 가장 일반적인 방법이라고 하며, 특히 해당 방법의 장점은 기존 LNG 인프라를 그대로 활용 가능하다는 것이다. 단, 수소 제조를 위한 별도의 장비(개질기)가 필요하다는 단점이 있다.

(에너지 효율 약 ~69%)

 

2) 수전해 수소

: 물(H2O)에 전류를 흘리는 방법으로, 양극에서는 산소, 음극에서는 수소(H)를 발생시켜서 수소를 얻는 방법이다. 가장 이상적이면서도 가장 친환경적인 생산방식이나 현재 기준으로 생성 비용이 가장 높아 사실상 대중화가 어려운 상황이다. 물론 현재의 기술력을 기준으로 해석하고 있다는 점에서는 미래 사회에서의 대중화 가능성을 무시할 수 없을 것이다. 해당 방법 활용 시 경제성 있는 생산기술 개발로 무한대 청정에너지 확보가 가능하기 때문이다.

(에너지 효율성 약 ~40% 수준)

 

3) 부생수소

: 제철 및 석유화학 공장의 공정 중에 부가적으로 발생되는 수소를 활용하는 것이다. '탄소환원제철법' 이라고 불리는 이 방법은, 석탄을 고온의 가열로에서 코크스를 생산하는 과정에서 다량의 수소를 발생시켜 얻는 방법으로, 현재 기준으로는 가장 저렴한 생산 방식이며, 또한 별도 수송 장치도 불필요하다고 한다.

(에너지 효율성 약 ~55.9%)

 

 

수소에너지는 어떻게 운송할까?

 

수소는 체적 당 밀도가 천연가스의 1/3 수준으로 낮다고 한다. 쉽게 이야기해서 다른 에너지 대비 부피가 크다는 이야기인데, 그렇다면 수소를 생성한 이후 어떻게 운송을 할 수 있을까?

 

1) P2G (Power to Gas) 방식

: 수소를 CO2와 반응시켜 메탄화 하여 기존 천연 가스망으로 수소를 운송하는 방식이다.

기존 가스관을 활용할 수 있다는 특성으로  운송비 절약이 가능하다는 장점이 있다.

 

2) MCH(유기 하이드라이드) 방식 (암모니아 NH3)

상온에서 수소와 결합이 용이한 화학물질을 이용해 수소를 상온의 액체상태로 변화시켜 저장한 다음 사용 시에 탈수소 반응을 통하여 수소 추출하는 방식이다.

기존 유조선, 유조차를 활용한 운송이 가능하나 부피가 크다는 단점을 가지고 있는 반면 상온 운송이 가능하여 취급이 용이하다는 장점이 있다.

 

3) 액화수소 (LH2)

수소를 -235도로 액화시켜 운송하는 방식이다. LNG 인프라 구성과 동일한 방식으로 대량 저장이 가능하여 저장/운반 효율성이 높다. 다만, LNG 대비 저온이라 이 부분에 대한 정비 및 대안이 필요한 상황이다.

 

 

# 참고 :

수소 경제의 확장을 위한 필수품, 수소 공급망

#참고 :

수소 에너지