일본산업뉴스요약

Next Tech 2030
낮은 비용으로 수소 저장재 제조
해외의 재생에너지 활용 위해 안전하게 운반

국내외에서 지구 온난화로 인한 이상 기온이 잇따라 나타나고 있는 가운데 제조 과정에서 온난화 가스를 배출하지 않는 에너지 기술에 대한 기대가 높아지고 있다. 도쿄대학과 JXTG에너지 등은 태양광으로 만들어낸 수소를 호주에서 일본으로 운반해 이용하는 실증 실험에 성공했다. 수소의 장거리 운반에 적합한 화합물을 만드는데 필요한 장치의 가격을 2분의 1로 낮출 수 있다고 한다. 2030년 이후에 본격화되는 수소 이용 사회에 필요한 요소 기술 중 하나가 될 것으로 보인다.

수소로 발전하는 가정용 연료전지와 연료전지차는 이미 실용화되고 있다. 수소를 차량에 공급하는 수소 스테이션 정비도 추진되고 있다. 하지만 향후, 수소를 충분하게 활용한 상태에서 문제가 되는 것은 수소의 제조 방법이다. 현재 이용되고 있는 수소는 거의 대부분이 원유나 천연가스 등의 화석연료로 만든 것이다.

화석연료를 태우는 것보다 온난화 가스인 CO₂ 배출이 크게 줄어드는 효과는 있지만 아예 배출량이 제로는 아니다. 수소의 제조 과정에서 CO₂ 배출이 제로가 될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있는 것이 태양과 풍력 등의 재생가능에너지다.

도쿄대학, JXTG에너지, 지요다화공건설(千代田化工建設), 호주의 퀸즈랜드공과대학 등 공동 연구팀은 2018년 12월부터 2019년 3월에 걸쳐 CO₂ 제로의 수소 제조를 저가화하는 기술의 실증 실험에 나섰다.

공동 연구팀은 퀸즈랜드공과대학에 설치된 태양광 추미형의 고효율 태양광전지로 발전(發電)해 수소 추출이 쉽고 운반도 용이한 메틸시클로헥산(MCH)이라고 하는 액체를 만들었다. MCH는 상온∙상압에서 운반이 가능하며 연소되기 쉬운 수소를 기체나 액체 상태로 운반하는 것보다 운반에 적합하다고 한다.

기존 기술은 물의 전기 분해로 일단 수소를 만든 다음, 수소와 톨루엔(Toluene)을 반응시켜 MCH를 만들고 있었다. 공동 연구팀이 개발한 기술은 특수 전해 셀을 이용, 전기를 흐르게 해 톨루엔에서 직접 MCH를 만들 수 있다. JXTG에너지의 추산으로는 일단 수소를 만드는 방식보다도 MCH 제조에 필요한 장치 가격을 2분의 1로 낮출 수 있다고 한다.

실증 실험에서는 80와트의 출력으로 10일에 걸쳐 수소 약 0.2kg 상당의 MCH를 만들었다. 일반적인 연료전지차가 30km 주행할 때 필요한 수소 양에 해당한다고 한다. 공동 연구팀은 MCH를 일본으로 운반해 지요다화공건설의 기술로 수소를 추출. 추출한 수소를 이용해 초소형 연료전지차를 움직이는데 성공했다. 앞으로 대규모화와 가격 인하를 목표로 연구해나갈 계획이다.

태양광발전 등 국내 재생가능에너지로 수소를 만드는 연구도 추진되고 있다. 정부의 프로젝트로 후쿠시마(福島) 현 나미에(浪江) 정에 거대 수소 제조시설이 건설 중이다. 하루에 약 150세대 분의 전력을 공급할 수 있는 수소를 만드는 장치로, 2020년에 실증 운용될 예정이다.

호주에서의 실험에 참가한 도쿄대학 첨단과학기술연구센터의 스기야마(杉山) 교수는 “미래에는 국내에서 만드는 것만으로는 부족해 일사량이 풍부하며 낮은 비용으로 수소를 만들 수 있는 해외로부터 수소를 가지고 와야 할 필요가 있다”고 보고 있다.

-- 이용 확대, 보관에 과제 --
수소는 연소되어도 물만 발생되기 때문에 궁극적 친환경 연료라고 알려져 있다. 따라서 지구 온난화 대책과 세계적인 에너지 소비 확대에 대응하기 위해 수소를 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

수소 이용의 걸림돌이 되고 있는 것이 안전성과 비용 절감의 양립이다. 인류가 수소를 발견한지 약 250년이 지났지만, 수소 이용은 항상 안전성과 가격과의 사투였다. 20세기 전반에는 기체 중에서 가장 가벼운 수소의 성질을 이용해 기구나 비행선에 이용되었다. 하지만 1937년, 독일의 비행선 힌덴부르크 호가 폭발해 많은 사상자가 발생하는 등 사고가 연이어 발생했다.

수소는 무색 투명으로 누출되어도 잘 알 수 없을 뿐만 아니라 불이 붙기 쉽다는 난점이 있다. 19세기에 연구가 시작된 연료전지는 20세기 후반부터 우주개발 분야에서 이용되기 시작. 달에 인류를 보내는 아폴로계획 등에서 전기 및 물을 공급하는데 이용되었다. 우주개발에서는 비용 문제가 거의 도외시 되면서 안전 대책 등에 비용이 투입될 수 있다.

일본에서는 석유쇼크 이후인 1980년대부터 연료전지 연구가 활발해졌다. 중학교 실험에서 물을 전기 분해하는 것처럼 수소 자체는 간단히 만들어낼 수 있다. 만든 수소를 안전하고 효율적으로 보관, 운반하는 시스템이 요구되고 있다.

▶ 수소 연구와 이용의 역사
- 18세기 후반; 영국 화학자가 발견. 연소시키면 물이 생성되기 때문에 ‘수소’라고 이름을 붙임.
- 20세기 전반; 기구나 비행선을 띄우는데 수소를 이용. 폭발 사고가 이어짐.
- 1960년대; 우주개발로 연료전지의 이용이 활발해짐.
- 1980년대; 일본에서도 국가 프로젝트 등에서 연구가 활발
- 2002년; 도요타와 혼다가 상용 연료전지차를 한정 판매
- 2009년; 가정용 연료전지의 국내 판매 개시
- 2030년대~; 연료전지차 보급, 수소발전의 상용화 등 수소사회의 진전?

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