[공학저널 송강식 기자] 전 세계적으로 CO2가 지속적인 증가되고 있으며, 이는 기온과 해수면 상승, 기후변화, 지구온난화, 생태계 파괴 등의 원인이 되고 있다. 이에 글로벌 선진국을 중심으로 CO2 저감을 위한 탄소중립 정책들이 수립·추진되고 있으며, 이러한 탄소중립을 달성하기 위한 하나의 방안으로 수소경제 활성화를 꼽을 수 있다.
수소경제는 수소를 에너지원으로 사용하고, 국가경제, 사회전반, 국민생활 등에 근본적 변화를 초래해 친환경 에너지의 원천이 되는 경제를 제시하고 있다. 이에 따라 전 세계적으로 기존 에너지원을 대체하는 수단으로 수소의 도입을 위한 기반 마련 투자가 확대되고 있다.
이는 수소가 청정, 다용도 에너지 운반체이면서 에너지 밀도가 높으며, 생산 규모 확장에 필요한 원료 가용성이 뛰어나 다른 에너지원 대비 경쟁력을 확보할 수 있는 장점을 지니고 있기 때문이다.
또한, 수소경제를 달성하기 위해서는 주민 수용성 확보가 매우 중요하다고 볼 수 있다. 즉, 도심 주거지역 등의 수소공급을 위해서는 경제성이 확보된 수소 생산기술, 주요 수소 설비와 배관 등의 성능 모니터링 시스템과 대용량 수소공급을 위해 별도의 저장시설이 필요없는 수소 전용 배관망, 통합안전관리센터 등의 안전한 인프라 구축이 필요하다는 것이다.
우리나라의 경우, 수소 경제에 앞서 나가기 위해 수소경제 활성화 로드맵(2019년 1월), 수소 R&D 로드맵(2019년 10월)을 수립하고, 수소경제법 제정(2020년 2월)을 통해 수소 전문 기업 육성, 수소 확보를 위한 해외 프로젝트 발굴 등에 박차를 가하고 있다.
하지만, 국내 전문가들은 한국이 수소 경제 활성화를 위한 로드맵은 갖추고 있지만, 수소 산업 생태계가 수소 활용 분야에 치중돼 있고, 생산-저장·운송 부문에 대한 적극적인 투자를 확대해야 한다고 지적하고 있다. 수소 폭발 등에 대한 안전과 주민 수용성 확보도 수소경제 활성화를 위해 반드시 극복해야 할 이슈로 지목되고 있다.
또한, 수소 경제 구축의 목표 중 하나는 에너지 자립에 있는 만큼 자체적인 수소 생산 기술 확보도 중요하지만 현재 정부 연구개발은 최근 5년간 52%가 수소 활용분야에 편중되고 있는 현실이다. 또한, 수소 산업과 인프라 부문에 대한 연구개발 투자 비중은 각각 22.9&, 12.9%에 불과하고 있다.
우리나라가 강점을 가지고 있는 수소 활용 분야에서 지속적인 경쟁력을 유지하기 위해서는 이를 뒷받침하는 수소 생산과 수용성 확보를 통한 관련 인프라 구축이 필수적인 것이다. 이를 위해 정부는 수소 생산, 인프라 부문에 대한 연구개발 투자를 확대하고, 수소 충전소 확충과 더불어 공공부문의 수소 모빌리티 구입을 늘려 초기 시장 구축 활성화에 나서야 할 시기다.
한국건설기술연구원 수소인프라클러스터 황인주 클러스터장(사진)은 “탄소중립사회 구현을 위한 수소 수요와 생산 관련 인프라 수요는 지속 증가, 수요처와 생산지 연결특성을 고려한 에너지 공급체계를 다양화할 필요가 있다”며 “또한, 지역 내 수소 공급망 확장에 따른 독자적인 에너지 체계와 핵심기술, 그리고 건설·운영 기술의 수요 증가도 예상될 수 있기 때문에 이에 대한 빠른 대응과 기술개발이 필요하다”고 말했다.
그는 이어 “현재 국내의 경우 수소기반 탄소중립 사회모델 정립이 미비하고, 지역 내 수소 에너지 기반의 전주기 융합체계 고도화가 시급한 상황”이라며 “또한, 여러 수소관련 사고에서 비롯된 수소에너지의 사회적, 경제적 수용성 확보에 상당한 애로사항이 있다”고 덧붙였다.
이를 해결하기 위해서는 수소에너지 기반의 미래사회(교통, 유틸리티, 산업 복합 포함) 모델을 수립하고, 관련 데이터베이스 구축과 평가 솔루션 개발방안을 도출할 필요가 있다. 또한, 수소에너지 전주기 융합체계와 분산형 시스템 모델, 가상 발전소와 스마트 운영기술 개발방안을 도출하고 이를 기반으로 도시공학적 수소에너지 체계 구축방안을 수립하고 타당성 평가모델을 도출하는 등 다방면으로 적극적인 대응이 필요하다고 볼 수 있다.
이를 위해서는 탄소중립 건물·도시 분야 신에너지 수요모델을 기초로, 수소에너지 융합체계와 전주기 수소인프라 실증기술을 통해 현안과 미래 이슈에 대응할 수 있는 독자기술 확보가 가능할 것으로 예상되고 있다.
이를 기반으로 구축된 지역규모의 탄소중립을 위한 수소기반 에너지체계는 유럽 선진국과 동등 이상의 기술수준과 경쟁력 확보하고, 신에너지 시스템 도입과 보급 확산에 따른 일자리 창출도 가능할 것으로 예상된다. 또한, 기존 LNG 계통과 연계, 분산시설의 입지와 배치, 방호구조 등을 통해 구축된 수소인프라의 안전성 확보가 가능합니다.
황 클러스터장은 “수소를 활용한 신에너지 시스템 도입과 보급을 위한 사회적 실험(실증)을 통해 국민 수용성 확보와 수소경제 달성을 통한 국가 경제성 개선에 기여할 것”이라며 “이를 통해 수소 기반 에너지 체계의 계통 연계방안에 대해 도시특성을 고려한 최적화 성능과 운용성, 공간적 입지, 국민 인지도 개선 등의 효과를 기대할 수 있다”고 말했다.
그는 이어 “건물·도시 분야의 경우 에너지 수요 최소화, 화석연료 공급 시스템의 대체 등을 통해 탄소중립, 환경오염 저감 등에 기여할 수 있다”며 “이는 UN 기후변화 협약 대응(2030년 온실가스 감축 목표 37%), 저탄소 경제발전, 온실가스 감축에 기여함으로써 녹색성장 국가 아젠다 부응할 수 있을 것으로 판단된다”고 덧붙였다. 이에 따라 한국건설기술연구원은 기후변화에 대응한 탄소중립과 수소경제로 이행을 위한 복합적인 연구주제를 해결하기 위해 다부서간 역량과 전문성을 결집해 2021년 8월 수소인프라클러스터가 조직됐다. 현재 수소인프라클러스터는 탄소중립 사회구현에 기여하기 위한 전주기 수소 인프라 융합 기술 연구와 관련 지식 창출·공유·확산을 위한 임무를 수행하고 있다.
수소인프라클러스터의 주요 연구분야는 ▲탄소중립 수소도시 융합 인프라 구축과 운영 기술, ▲수소도시 기반시설 안전과 수용성 확보 기술, ▲광역단위 수소공급인프라 건설 기술, ▲환경기초시설 내 NEXUS(물-수소에너지-탄소) 신공정 기술, ▲수소도시 인프라 정책과 국가건설기준 지원 등 5대 분야로 구성돼 있다.
특히, 가장 중점이 되는 계획은 수소도시 기반시설의 지하연계 입체화 설계기술과 수소도시용 수소관망 기술 연구로서, 이를 기반으로 수소분야 국가전략기술인 수소 저장 및 운송(공급)분양서 광역수소관망과 허브시스템, 액체수소인수기지 등에 관한 기획과 중장기적인 추진전략도 모색하고 있다.
보다 미래지향적으로 국토공간 내 산재한 바이오 물질로부터 수소를 추출하는 기술과 물순환, 연료전환 및 탄소포집 등을 통합하는 NEXUS 기술을 기획·추진할 예정이다. 나아가 해외 수소 도입을 고려해 지하유정으로부터 친환경적인 수소를 추출하는 수소전환공법(Well to Hydrogen) 등을 국제협력을 통해 개발할 계획으로 앞으로가 주목되고 있다.
