[전문가 기고] 발전·수송·산업 부문 탈탄소 수단으로서 수소의 역할

2050 탄소중립

2050 carbon neutrality

2050 탄소중립은 2050년까지 한 국가의 온실가스 순배출량을 0으로 만드는 것을 목표로 하는 개념이다. 여기서 순배출량 0은 배출을 아예 없앤다는 뜻이 아니라, 배출한 양에서 산림 흡수, 탄소포집저장(CCS) 같은 흡수 제거량을 뺀 값이 0이 되는 상태를 말한다. 그래서 넷제로(net zero)라고도 부르며, 감축이 어려운 부문의 잔여 배출량을 무엇으로 상쇄할지가 핵심 쟁점이 된다. 전력 부문에서는 발전 과정에서 온실가스를 배출하지 않는 전원의 비중, 전력 수요의 전기화 정도, 계통 유연성 확보 수단이 함께 검토된다. 실무에서는 2050년 목표를 역산해 중간 시점의 국가온실가스감축목표(NDC)와 부문별 계획을 세우는 방식으로 활용된다.

수전해

water electrolysis

수전해는 물(H2O)에 전기를 흘려 수소(H2)와 산소(O2)로 분해하는 기술입니다. 화석연료 개질 방식과 달리 반응 자체에서 이산화탄소가 나오지 않기 때문에, 투입 전력이 무탄소 전원이면 생산된 수소도 무탄소 수소로 분류됩니다. 성능은 보통 수소 1 kg를 만드는 데 필요한 전력량(kWh/kg)으로 표시하며, 물을 수소와 산소로 나누는 데 필요한 이론상 최소 에너지는 약 39.4 kWh/kg입니다. 실제 설비는 손실 때문에 이보다 더 많은 전력을 쓰며, 설비 규모는 전기 입력 기준 kW 또는 MW로 표기합니다. 재생에너지 출력이 남는 시간대에 전력을 흡수해 수소로 저장하는 수단으로도 검토되며, 이 경우 설비 이용률이 경제성의 핵심 변수가 됩니다.

에너지 밀도Wh/kg, Wh/L

energy density

에너지 밀도는 배터리나 연료가 단위 질량 또는 단위 부피당 저장할 수 있는 에너지의 양을 뜻한다. 질량 기준은 중량 에너지 밀도로 Wh/kg 단위를 쓰고, 부피 기준은 체적 에너지 밀도로 Wh/L 단위를 쓴다. 같은 무게에서 더 많은 전력량(Wh)을 담을수록 전기차는 같은 배터리 무게로 더 멀리 가고, 휴대기기는 더 얇고 가볍게 만들 수 있다. 실무에서는 셀 단위 값과 팩 단위 값을 구분해서 보는데, 팩에는 냉각 장치, 케이스, 배선이 함께 들어가므로 팩 기준 Wh/kg는 셀 기준보다 낮게 나온다. 또한 출력을 나타내는 W나 kW와 혼동하기 쉬운데, 에너지 밀도는 얼마나 많이 담느냐(Wh)의 문제이고 출력 밀도(W/kg)는 얼마나 빨리 내보내느냐의 문제로 서로 다른 지표다.

액화수소°C

liquid hydrogen

액화수소는 기체 수소를 영하 253°C(-253°C, 절대온도 약 20K) 수준까지 냉각해 액체 상태로 만든 수소를 말합니다. 수소는 끓는점이 매우 낮아 액화하려면 극저온 설비가 필요하며, 이 온도는 액화천연가스(LNG)의 액화 온도인 영하 162°C보다도 훨씬 낮습니다. 액화하면 같은 부피에 훨씬 많은 수소를 담을 수 있어 한 번에 많은 양을 운송하거나 저장할 때 유리합니다. 다만 액화 과정 자체에 상당한 전력이 들어가고, 저장 중 열이 침투해 일부가 다시 기화하는 현상(보일오프)이 발생하므로 단열 성능이 중요한 설계 요소가 됩니다. 실무에서는 수소 충전소용 대량 운송, 장거리 해상 수송, 우주발사체 추진제 등에서 검토·활용됩니다.