탄소중립의 열쇠가 되는 청록수소

2070년부터 본격적인 지구붕괴가 시작된다고 한다. 지구 붕괴는 세계 인구의 절반, 세계 GDP가 절반 사라지는 엄청난 재난이 될 것이라고 하는 사실이 영국 액세터대학 연구팀이 내놓은 ‘지구 붕괴’보고서에서 밝혀졌다.

이제 탄소중립은 세계 인류의 생존 여부를 결정짓는 관건이 되고 있다. 특히 우리나라는 탄소배출이 많은 중화학공업을 중심으로 수출 위주로 경제 성장을 해왔기 때문에 다른 나라보다도 탄소중립에 대한 책임은 더욱 막중하다.

탄소중립이란 화석연료 사용을 중단시키는 일로서 충분한 준비 없이 이를 추진한다면 실물경제에 큰 타격은 불가피할 수밖에 없다. 그래서 신중해야 하고 지역주민들이 중심이 되어 집단지성을 발휘할 수 있는 여건을 조성하여 이를 추진해 나가야되는 20년, 30년 장기 프로겍트이다.

특히 당진시는 국내에서 최고의 탄소배출 지역으로서 석탄 연료를 사용하는 곳으로 국내에서 제일 큰 석탄화력발전인 당진화력발전소, 국내에서 가장 큰 GS EPS의 LNG발전소, 그리고 부생가스를 이용하는 현대그린파워의 부생가스 발전 등과 함께 LNG 생산기지, 그리고 일괄제철 기능을 갖춘 현대제철의 당진 제철소가 있다.

그리고 당진 산업단지는 이들의 협력업체, 하청업체들로 구성되어 있고 화석연료를 더 이상 사용하지 못하는 탄소중립이 완성된다면서 결국 폐기내지 업종전환이 불가피하게 요구되고 있다.

탄소중립은 중앙정부가 주도적으로 추진하는 사업이라지만 사실상 마중물 역할만 담당하는 것이고 실제로는 지방정부가 주체가 되어 지역주민들과 함께 당진형 탄소중립 모델을 만들고 이를 중앙정부의 평가를 받아 재정지원을 받아내서 추진해 나가야되는 사업이다. 지금까지 중앙정부가 기획하고 예산지원을 하던 것과는 달리 지방정부가 추진해 나가야 되는 프로젝트인 것이다.

화석연료로부터 벗어나려면 우선 무탄소 청정에너지로 전환시켜 나가는 중장기 프로젝트을 수립해야 한다. 그런데 무탄소 청정에너지로 부각 되고 있는 것은 재생에너지와 수소에너지뿐이다.

우리나라는 재생에너지 비중이 세계에서 가장 저조한 9%대를 유지하고 있다. 더욱이 국제적으로 용인하고 있는 재생에너지 비중은 5%에 불과한 처참한 실적아다. 이는 국내 전기료는 세계 평균 전기료의 2분의 1에 불과한데도 정책적으로 전기료 인상을 억제시키고 있기 떄문이다

재생에너지 사업을 추진해 나가는데 큰 장애요인은 재생에너지 생산단가가 화석연료 전력 생산단가에 접근하는 그리드 패리티를 넘어서야 재생에너지 생산업자에겐 수익이 실현될 수 있다. 전기료가 낮다는 것은 그만큼 재생에너지 생산단가가 화석연료 생산단가에 접근하는 그리고 패리트에 접근하기 어렵다는 것을 의미한다.

중화학 위주의 수출산업이 주도하는 경제구조를 갖고있는 우리나라에서는 아직도 낮은 전기료가 중화학공업 경쟁력을 도움이 되는 산업정책을 고수해야된다는 생각을 버리지 못하고 있다. 때문에 전기료 인상을 국회에서 결정하고 있어 쉽게 이뤄지지 않고 있다. 때문에 재생 에너지 생산 확대에 많은 어려움이 있다.

수소에너지의 강점은 화석연료보다도 에너지 효율이 훨씬 높다는 데 있다. 즉 수소에너지에 연료전지를 이용하여 발전하기 때문에 화석연료 전기생산에서 석탄을 연소시켜 수증기를 만들고 그 수증기로 터빈을 돌려 전기를 생산하기 때문에 헤너지 효율은 20, 30%에 불과하다. 그렇지만 수소에너지는 연료전지의 화학적 반응에 의해서 직접 생산되기 때문에 효율이 50. 60%로 2, 3배나 높다.

더욱이 화석연료는 송배전과 전기 예비율을 지켜야 하기 때문에 각각 15%, 10%의 추가적인 비용을 부담해야 되기때문에 효율 면에서 4배 이상의 차이가 나게 된다.

그렇지만 수소에너지는 물이나 다른 탄소 화학물에 합성되어 있어 분해 과정을 거치셔 생산하여야 한다. 물을 전기 분해하여 생산하는 수전해의 경우 화석연료로 만든 전력을 사용하여 생산해야 하기때문에 이중으로 에너지비용을 부담해야 된다는 단점을 안고 있다. 그래서 값싼 수소에너지를 대량으로 생산할 수 있는 방법을 모색해야만 수소경제시대를 열어나갈 수 있다.

현재 대부분 수소생산은 LNG가스를 개질하여 얻어지는 그레이 수소이고 나머지는 재생에너지를 이용히여 물을 전기 분해하여 얻어지는 그린수소이다.

최근 우리들에게 관심을 갖게 하는 수소생산방식에 청록수소가 있다.

청록수소란 천연가스를 고온반응기에 주입해 수소와 고체탄소로 분해하는 열분해 기술로 생산한 수소를 말한다. 수소 생산과정에서 이산화탄소를 고체화하여 탄소를 제거할 수 있다는 강점을 안고 있다. 이의 부산물로 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 등 고부가가치 탄소 소재를 얻을 수 있어 가장 값싼 수소생산방식으로 평가받고 있다.

메탄 열분해는 고온(700~1,200℃)에서 반응을 진행해야 하기에 많은 에너지가 필요하다는 단점을 안고 있으나 최근 600℃ 저온에서 효율성 높은 수소를 생산할 수 있는 기술이 개발되었다. 즉 한국에너지기술연구원 수소연구단 김우현 박사 연구진이 청록수소 생산과 상용화를 앞당길 수 있는 신개념 니켈-코발트 합성 촉매를 개발하는데 성공했다.

이로써 900℃ 수준의 고온을 600℃의 저온 환경에서도 기존에 개발된 촉매보다 초기 30분 활성 기준 50% 이상 높은 수소 생산성을 보여 비용절감에 크게 기여하였다. 이는 그레이 수소에서 배출되는 탄소를 제거하기 위해서 CCUS(탄소 포집 저장 활용)기술에 대한 부담을 없앨 수 있다.

CCUS(탄소 포집 저장 활용)기술은 아직도 개발단계에 있으면서 획기적으로 비용을 절감시킬 수 있는 방안이 마련하지 못한 상태이어서 이를 활용하기에는 부담이 되고 있다.

우리나라와 러시아 간의 LNG 도입 협정은 2006년 한국가스공사와 러시아 국영 가스 회사 가즈프롬이 체결한 "가스분야 협력협정"을 기반으로 이루어졌다. 이 협정에는 러시아산 액화천연가스(LNG)와 압축천연가스(PNG)를 파이프라인이나 수송선을 통해 한국에 공급하기로 합의한 내용이 포함되어 있다. 구체적인 물량과 도입 경로는 실무 협의를 통해 결정되었으며, 2015년부터 러시아 블라디보스토크에서 연간 750만 톤의 LNG가 한국에 공급될 예정이었다.

러시아에서는 최근 제2의 중동 건설붐이 일어날 것이라고 전망하고 있다. 추웠던 지역이 지구 온난화로 30도를 넘어서는 더운 지역으로 전환되면서 도로와 건물을 다시 건설해야 살 수 있기 때문이다. 그리고 시베리아의 지역이 빙하가 없어지면서 세계의 3분의 1이나 차지하는 지하자원을 채굴할 수 있는 여지가 생겨서 한국의 건설회사가 절대적으로 요구된다는 것이다.

결국 북한의 핵개발로 중단되었던 LNG도입 협정은 재개될 가능성이 높은 것이다.

당진시와 평택시는 국내 LNG생산기지의 3분의 1이상을 차지하고 있어 LNG파이프 라인의 직접 연결지역이 될 것이며 이는 LNG가스를 통하여 수소를 생산할 수 있는 지역적 강점을 활용해 나갈 수 있다.

파이프를 통하여 LNG를 수입할 경우 압축천연가스(PNG)의 3분의 1가격으로 낮출 수 있어 값싼 수소를 대량으로 생산할 수 있는 여건을 조성해 나갈 수 있다.

그래서 LNG가스를 기반으로 하는 청록수소를 생산하는 기지로서 당진 산단의 미래 청사진을 그린다면 당진경제는 탄소중립을 성공적으로 완성시킬 수 있고 당진산단의 새로운 청정에너지 단지로 전환시켜 나갈 수 있는 계기가 마련될 것이라고 여겨진다.

지역주민들이 중심이 되어 청록수소를 기반으로 하는 당진형 탄소중립 모델을 만들어 나가는 노력이 시작되어야 할 것이다.