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블루수소
블루수소(blue hydrogen)는 그레이수소를 만드는 과정에서 발생한 이산화탄소를 포집·저장해 탄소배출을 줄인 수소를 말한다. 그린수소에 비해 환경친화성은 떨어지나 경제성이 뛰어난 게 장점이다.[1] 주로 탈황 설비, 차량과 발전용 연료로 사용되고 있다. 블루수소는 천연가스와 이산화탄소 포집설비를 이용해 수소를 생산하기 때문에 하이브리드형 수소라고도 한다. 블루수소는 부생수소 생산과정에서 나오는 이산화탄소를 포집·제거하여 만들며, 공정과정에서 부가적으로 생산되는 이산화탄소는 포집해 암반지층에 저장하는 방식이다.
개요[편집]
수소(Hydrogen)는 우주 질량의 약 75%를 차지하는 가장 풍부한 원소이다. 이러한 수소를 에너지원으로 이용하는 수소연료는 화석연료와 달리 고갈될 우려나 지역 편중이 없고, 무엇보다 친환경 무공해 연료라는 점에서 많은 주목을 받아왔다. 그러나 현재 상용화되고 있는 기술의 한계로 인해 생산방식에 따라 일정량의오염물질을 배출하기도 한다.
이에 따라 화석연료를 이용해 수소를 생산하며 생산 과정에서 이산화 탄소가 별도 처리없이 대기 중으로 방출되는 그레이수소부터, 재생에너지에서 발생하는 전력으로 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 가장 이상적인 그린수소에 이르기까지 다양한 종류로 구분된다. 그리고 바로 이 사이에 블루수소가 존재한다.
블루수소는 생산 중 이산화탄소를 배출하지만, CCUS 기술로 포집하여 대기 중에 퍼지지 않는 방식으로 만든 수소를 말한다. 쉽게 말해서 기존 화석연료로부터 수소를 생산하는 그레이수소에서 이산화탄소를 뺀 수소라고도 할 수 있다. 수소 경제의 시작 단계인 현재는 경제적 관점으로 봤을 때, 화학 공정에서 나오는 부산물을 이용해 만드는 수소인 부생 수소나, 화석연료를 활용한 그레이수소가 가장 경제성이 높다. 그리고 기술의 단계적 발전을 감안할 때 아직까지 그린수소를 상용화하기 위해선 많은 시간이 필요하다.
반면 블루수소는 그레이수소의 저렴한 생산 단가를 유지하면서 온실가스 감축의 장점도 가지고 있다. 그린수소로 향하고자 하는 궁극적인 목표를 이루기 전, 현재의 과도기 단계에서 블루수소는 이산화탄소 문제를 줄이면서도 수소 경제사회 인프라 건설에 필요한 합리적 비용의 수소를 생산할 수 있는 최적의 징검다리가 되는 것이다. 2021년 4월 발표된 수소위원회와 매캔지의 공동 보고서에 따르면, 앞으로 10년 안에 블루수소 생산 비용이 그레이수소보다 저렴해질 것이라는 전망도 나왔다.
전 세계적으로 대규모 수소 프로젝트가 등장하며 수소 생산 비용이 절감되고 이산화탄소 포집 기술의 고도화와 함께 포집 단가도 낮아져 블루수소의 가격 경쟁력도 우수해질 것으로 분석한 결과이다. 보고서는 탄소배출 비용이 t당 35∼50달러 수준이면 블루수소의 생산비용이 회색수소보다 낮아질 것으로 전망하면서, 2025∼2030년 중에는 이들 간의 가격 역전 현상이 일어날 것으로 관측했다. 그렇기에 우리나라의 기업 뿐 아니라 전 세계 국가들이 블루수소 산업에 뛰어들고 있는 것이다.[2]
국내 현황[편집]
- 국내 최초 '블루수소' 연계 CCS 상용화 첫발
국내 최초의 CCS(탄소포집저장) 상용화를 위해 정부가 9500억원 규모의 예비타당성 조사에 들어갈 예정이다. 동해안에서 블루수소와 연계한 사업을 추진하기 위해서다. 동해 CCS 실증은 울산지역 산업단지 수소생산 과정에서 나오는 이산화탄소를 포집해 동해가스전 고갈 저류층에 저장하는 CCS 전주기 연계사업이다. 고갈 저류층에는 약 1200만톤의 이산화탄소를 저장할 수 있다.
그간의 R&D를 통해 확보한 소규모 실증기술을 중규모로 발전시키는 사업이다. 최적의 수송‧주입요건 등 분야별 핵심 상용기술도 확보해 대규모 상용화를 위한 기술 자립화 기반도 마련할 계획이다.
오는 2025년부터 연간 40만톤의 이산화탄소를 저장하고, 30년간 총 1200만톤을 포집한다는 목표다. 국내 자체 기술로 실증플랜트도 운영‧관리하면서 CCS 전분야의 기술자립화와 더불어 선진국 수준의 기술 역량을 확보한다는 계획이다. 동해가스전이 육상에서 60㎞ 떨어진 바다에 있고, 누출경로가 없다는 사실을 확인했기 때문에 산업부는 고갈 가스전 저류층을 활용하는 것이다. 기존 자원개발 생산시설, 해상플랫폼, 해저 수송배관 등을 활용하면 비용도 줄일 수 있다. 동해가스전 인근에 대규모 유망저장소도 존재하기 때문에 사업확장을 통한 규모의 경제도 실현할 수 있다. 동해 울릉분지에 1.93억톤 규모를 저장할 수 있다.
수소생산 과정에서 나오는 이산화탄소를 포집‧저장해 활용하는 블루수소 생산과도 연계하고 있다. 국내 최초의 상용규모 블루수소 생산사업이다. 안전성과 경제성 모두를 확보한다는 전략이다. 산업부는 연내 9500억원 규모의 예타조사 신청을 시작으로 오는 2025년부터 이산화탄소 저장을 추진할 계획이다. 저장용량은 단계적으로 확대해 2030 온실가스 감축목표와 2050 탄소중립 실현에 기여할 예정이다.[3]
- 현대엔지니어링, 블루수소 생산 추진
현대엔지니어링이 블루수소 생산을 추진한다. 수소 생산, 폐플라스틱 및 이산화탄소 자원화 사업, 폐기물 소각/매립, 소형 원자로 등 친환경∙에너지 신사업 분야에 대한 적극적인 투자와 연구개발을 극대화한다는 전략이다.
현대엔지니어링이 투자 및 연구개발에 나서고 있는 블루수소는 이산화탄소 자원화 설비와 암모니아 분해 기술을 활용해 생산 과정에서 이산화탄소 배출을 최소화한 수소다. 현대엔지니어링은 '탄소중립' 실현의 핵심 기술인 이산화탄소 저감 및 자원화 기술에 먼저 주목하고 관련 기술에 대한 투자 및 연구개발에 돌입했다. 현대엔지니어링은 2021년 12월 GT社와 협력해 현대제철 인천공장 부지에 이산화탄소 포집 및 자원화 설비를 완공하고 실증 단계를 앞두고 있다. 이는 현대제철 인천공장에서 이산화탄소(CO₂)를 공급받아 GT社의 10kW급 Metal-CO2 System을 통해 이산화탄소를 획기적으로 저감하고 수소, 전기, 탄산염을 생산하는 세계 최초의 기술이다. Metal-CO₂ System이 주목받는 이유는 이산화탄소 포집, 처리 및 전기화학 반응을 통해 이산화탄소 배출을 줄이고 자원화 처리 과정에서 질소, 일산화탄소 등 환경오염을 발생하는 배기가스 배출이 전혀 없는 블루수소를 생산할 수 있기 때문이다. 10kW급 시스템은 컨테이너 1개 내 Stack들로 구성되며, 하루에 3.2톤의 이산화탄소(CO₂)를 투입하면 수소 72㎏/日, 탄산염 7.2톤/日 생산이 가능할 것으로 예상된다. 현대엔지니어링은 이번 실증 사업을 완료한 후 2023년부터는 300kW급 이상의 상용화 플랜트에 대한 투자 및 운영을 할 계획이다. 특히 현대엔지니어링은 중장기적으로 대규모 이산화탄소 포집, 처리가 가능한 1MW급의 Metal-CO2 System 기술 개발을 목표로 하고 있다.[4]
친환경 논란[편집]
미국 코넬대학의 로버트 하워스(Robert Howarth), 스탠포드대학의 마크 제이콥슨(Mark Jacobson) 교수가 공동 저술한 한 편의 논문이 여전히 논란의 중심에 서 있다. 이 논문은 탄소 포집‧저장(CCS)과 함께 천연가스를 개질한 블루수소 생산 시 천연가스를 직접 사용하는 것보다 온실가스(GHG) 배출량이 20% 이상 더 많이 생성될 수 있다는 사실을 보여준다.
이러한 결론은 미국과 캐나다에 있는 2곳의 블루수소 공장에 대한 분석을 기반으로 하며, 천연가스 생산에 따른 '비산 메탄' 배출량은 미국 누출 통계 분석 후 3.5%를 적용했다. 두 공장은 SMR(증기메탄개질) 방식으로 수소를 생산하며, CCS 공정에 쓰인 전원은 가스 화력발전에서 공급됐다. 논문의 제목은 '블루수소는 얼마나 깨끗한가?(How green is blue hydrogen?)'로 오픈 소스 저널인 '에너지 사이언스 앤 엔지니어링(Energy Science & Engineering)'에 전문이 올라와 있다. 이 논문에 따르면 "블루수소의 온실가스 발자국은 천연가스나 석탄을 열로 태우는 것보다 20% 이상 크고 디젤유를 태우는 것보다 약 60% 더 크다"고 밝혔다
또한 블루수소 생산 과정에서 많은 양의 이산화탄소가 배출된다. 이때 탄소를 포집해 저장하거나 활용한다는 계획을 세워두고 있지만, 많은 양의 이산화탄소를 어디에 활용할지 불확실하고, 포집한 탄소를 지하에 영구 저장하는 안도 입증되지 않은 낙관적인 가정에 기대고 있다고 지적했다. 특히 천연가스 추출 시 상당한 양의 메탄이 대기 중으로 빠져나간다고 본다. 업계 표준에 따라 이러한 '비산배출' 또는 의도치 않게 누출된 가스에 대한 누출율을 소비량의 3.5%로 추정해 반영했다. 아르스 테크니카(Ars Technica) 의 팀 드 챈트(Tim De Chant)는 단 20년 만에 1톤의 메탄 배출이 같은 양의 이산화탄소보다 86배나 많은 온실효과를 일으킬 수 있다고 보고하고 있다.
하워스 교수는 이번 분석에서 20년 단위의 영향력을 반영, 메탄의 지구온난화지수(GWP)를 86으로 적용했다. 다만 여기에 대한 반론도 만만치 않다. 이러한 누출율은 미국 가스 생산 분석에 해당하며, 네덜란드와 노르웨이의 메탄 누출율은 0.03%에 지나지 않는다는 것이다. 또 메탄이 지구온난화에 미치는 영향을 20년이 아닌 100년 단위로 적용하면 86배가 아닌 25배로 크게 줄어든다는 점이다. 메탄의 GWP에 대한 20년 기준은 여전히 논쟁 중이다.
유럽의 경우 재생에너지를 적용한 그리드에서 전원을 공급받는 사례가 많다. 특히 SMR 방식보다 수소생산 효율이 높은 ATR(자열개질) 방식에 재생에너지와 연계한 그리드를 도입할 경우 결론은 전혀 달라지게 된다. 그럼에도 하워스 교수의 이번 연구는 의미가 있다. 수소생산에 따른 온실가스(메탄, 이산화탄소) 배출이 화석연료를 그냥 사용하는 것보다 많을 수 있다는 주장의 근거를 자세히 들여다볼 필요가 있다. 특정한 매개변수가 고려되지 않을 경우 블루수소가 도리어 환경에 나쁜 영향을 미칠 수 있다는 점을 설명해주기 때문이다.
블루수소라고 다 같은 '블루수소'가 아니다. 유럽은 블루수소 생산 공정에 대한 민감도 분석을 통해 탈탄소화데이터를 기반으로 엄격한 기준을 적용하고 있다. 천연가스를 그냥 사용하는 것보다 블루수소가 환경에 더 해롭다면 애써 큰 비용을 들여 CCUS 설비를 붙일 필 요가 없다는 것이다.[5]
기대와 방향성[편집]
블루수소가 가진 문제점을 개선하는 방향도 생각해볼 수 있다. 전력연구원에서 개발하는 열화학적 메탄 분해 수소 생산기술은 고온에서 금속촉매를 이용해 메탄을 수소와 탄소 소재로 직접 분해하는 기술이다. 이때, 수소 생산 시에 온실가스인 이산화탄소가 발생하지 않고, 최근 에너지 소재로 활용되는 고부가가치의 탄소 소재를 생산할 수 있다. 온실가스를 방출하지 않아 환경적이며, 고부가 탄소 소재 생산을 통해 수익창출이 가능하다. 또, 이를 블루수소와 연계하여 기술을 개발할 수도 있다.
지난 몇년간 우리나라 정부는 탄소 중립의 열쇠가 될 수소경제로의 전환을 위하여 수소 관련 기술에 대한 연구개발 투자 비중을 높이며 여러가지 확충사업을 실시하였다. 2022년 1월 26일에는 '제1차 수소경제이행 기본계획'을 발표하며 2050년까지 연간 2790만 톤(t)의 수소를 모두 그린수소와 블루수소로만 공급하겠다는 일정을 법정계획에 담기도 했다. 블루수소는 그레이수소보다는 확실히 이산화탄소 배출량이 적어 친환경 에너지에 가깝다. 우리가 궁극적으로 수소 경제를 위해 목표로 하고 있는 그린수소의 공급이 당장은 쉽지 않기 때문에, 블루수소는 그린수소로 나아가기 위한 중단 단계가 될 것이라 기대한다.[2]
각주[편집]
- ↑ 홍대선 기자, 〈수소경제는 친환경?…문제는 수소 생산방식이다〉, 《한겨레》, 2021-04-12
- ↑ 2.0 2.1 R.E.F 20기 김지원 기자, 〈블루 수소, A to Z Renewable 〉, 《에너지설비관리》, 2022-02-07
- ↑ 최인영기자, 〈국내 최초 ‘블루수소’ 연계 CCS 상용화 첫발〉, 《가스신문》, 2021-11-18
- ↑ 이경옥 기자, 〈현대엔지니어링, 블루수소 생산 추진〉, 《국토일보》, 2022-01-17
- ↑ 월간수소경제 편집부, 〈블루수소 친환경성을 둘러싼 논란〉, 《월간수소경제》, 2021-11-18
참고자료[편집]
- R.E.F 20기 김지원 기자, 〈블루 수소, A to Z Renewable 〉, 《에너지설비관리》, 2022-02-07
- 월간수소경제 편집부, 〈블루수소 친환경성을 둘러싼 논란〉, 《월간수소경제》, 2021-11-18
- 홍대선 기자, 〈수소경제는 친환경?…문제는 수소 생산방식이다〉, 《한겨레》, 2021-04-12
- 〈초록 지구를 위한 수소는 따로 있다? 가지각색 수소의 종류〉, 《효성블로그》, 2021-11-29
같이 보기[편집]
