다가오는 수소 시대(성영은)

성영은(서울대학교 화학생물공학부 교수)

최근 땅속에 대규모의 천연 수소가 매장되어 있다는 뉴스가 나오고 있고 실제 세계 여기저기서 천연 수소 발견 소식이 들린다. 미국 지질조사국은 전 세계 천연 수소의 매장량이 5조 톤 정도 될 것으로 예상한다. 이것이 사실이라면 이는 인류가 앞으로 몇 만 년은 사용할 수 있는 막대한 양이다. 미국을 중심으로 벌써 천연 수소 채굴이 새로운 골드러시가 될 것이라는 말이 나오고 있다. 수소가 왜 중요하며 또 최근 들어 수소에 대한 관심이 커지고 있는 이유는 무엇일까?

인류는 산업혁명을 기점으로 지금까지 250년간 인류 역사상 물질적으로 가장 풍요로운 삶을 살아오고 있다. 이는 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석 연료 덕분이다. 현재 인류가 사용하는 모든 에너지의 85%와 전력의 70%를 이 화석 연료에서 얻고 있다. 여기에 플라스틱, 합성 섬유, 합성 고무 등 우리가 사용하는 대부분의 화학 제품과 산업 원자재가 이 화석 연료에서 나온다. 그런데 무한정 사용할 수 있을 것 같았던 이 화석 연료에 한 가지 치명적인 단점이 있다는 것이 밝혀졌다. 바로 온실가스라 불리는 이산화탄소의 배출이다. 산업혁명 이후 지금까지 인류가 사용한 이 화석 연료가 대기 속의 온실가스 농도를 50%나 증가시켰다. 이로 인해 지구가 마치 온실 속처럼 전체 기온이 올라 각종 재난이 시작되고 있다. 이런 추세라면 이 세기가 가기 전 이 땅은 인간이 살기 어려운 곳이 될지도 모른다는 경고가 쏟아지고 있다. 그래서 이 온실가스를 줄이려는 소위 탄소 감축의 노력이 진행되기 시작한 것이다.

그중 장기적으로 가장 좋은 방안으로 떠오르고 있는 것이 바로 수소이다. 수소는 우주 구성 성분의 74%나 차지할 정도로 우주에서 가장 풍부한 물질이다. 지구에서는 물속에 풍부히 들어있다. 수소는 화석 연료보다 열량(무게당 에너지양)이 더 높은 좋은 연료이면서 또 다양한 용도로 사용 가능한 산업 원료이다. 수소의 가장 큰 장점은 사용하고 난 뒤에는 무해한 물로 되돌아간다는 점이다. 이 수소는 직접 난방 등의 연료나, 수소 터빈이나 연료 전지라는 장치를 통해 전기를 생산하여 에너지로 사용할 수 있다. 게다가 승용차를 포함하여 트럭, 버스, 선박 등의 운송 수단들의 연료로 이용 가능하다. 또 온실가스를 가장 많이 배출하는 철강 산업과 같은 산업 분야에서 석탄 대신 수소를 원료로 대체할 수 있다. 그리고 수소는 이산화탄소나 폐플라스틱과 반응하여 청정 연료인 이퓨얼(e-fuel)을 생산할 수 있다. 2050년 전체 에너지의 20%를 수소로 바꾸어 이런 각종 수소 기술들에 사용하면 온실가스 배출이 0이 되는 탄소 중립을 실현할 수 있을 것이라 예측한다. 이 시점을 수소 경제 혹은 수소 시대의 시작이라 부른다. 인류가 화석 연료 시대에서 또 다른 시대로 넘어간다는 것이다.

이 수소 시대를 위해서 넘어야 할 장벽들이 많다. 편리하면서 싼 화석 연료를 거의 무한정 사용하여 풍요를 누렸던 인류의 익숙한 삶을 바꾸는 것이 쉽지 않기 때문이다. 그래서 수소 시대를 여는 가장 큰 장애물은 수소의 경제성이다. 어떻게 지금의 화석 연료에 맞먹는 정도로 저렴하게 수소를 생산할 것인가이다. 현재 수소는 주로 석탄이나 천연가스를 높은 온도와 높은 압력에서 분해하여 생산한다. 이를 각각 블랙 수소와 그레이 수소라 부르는데 이 수소들은 여전히 화석 연료를 사용하여 수소를 만들기에 온실가스 배출이 많다. 그렇지만 이 수소를 만드는 과정에서 발생하는 온실가스는 공기 중으로 배출하지 않고 따로 모으는 것이 가능하다. 이렇게 만들어진 수소를 블루 수소라 부른다. 혹은 청정 수소라 부르는데 미국 등 여러 나라들은 이 청정 수소의 생산 비용을 일부 보조하여 온실가스 감축을 유도하고 있다. 우리나라도 올해 이 제도를 시작할 것으로 예상한다. 앞에서 언급한 땅속에 매장된 천연 수소는 화이트 수소라 부르는데 이 수소는 매장량과 채굴 기술 등 추이를 더 지켜봐야 할 것 같다. 가장 이상적인 수소는 물을 분해하여 얻는 그린 수소이다. 물을 신재생 에너지와 같은 전기로 분해하여 수소를 얻기에 이산화탄소 배출이 없어 그린 혹은 녹색이라 이름 붙인 것이다. 원전(원자력 발전)의 전기나 열로 물을 분해하여 수소를 생산할 경우 각각 핑크 수소와 레드 수소, 그리고 원전의 전기와 열을 함께 사용할 경우 퍼플 수소라는 이름을 붙인다.

다가올 새로운 시대의 연료와 원료인 수소 생산의 최종 목표는 저렴하게 그린 수소를 생산하는 것이다. 이를 위해 미국은 이미 IRA(인플레이션방지법) 등을 통해 그린 수소 생산에 상당액의 보조금을 지급하기 시작했다. EU(유럽)도 각종 정책과 법규를 통해 같은 노력을 하고 있다. 미국이나 유럽은 탄소 중립을 수소 시대와 같은 새로운 시대를 여는 계기로 삼고 새로운 시대에도 여전히 그 주도권을 놓지 않겠다는 것이다. 우리나라의 경우 수소연료전지차 등 일부 수소 기술에서 앞선 분야도 있지만, 이리저리 머뭇거리는 사이 주도권 경쟁에서 밀리고 있는 형편이다. 여기에는 새로운 시대를 열려는 법과 제도 정착에 총력을 다하고 있는 미국이나 유럽의 정치권과 새삼 비교되는 우리의 정치 현실도 한몫하고 있다. 물론 수소 법 제정 등 일부 모양새는 유사해 보이지만 새로운 시대를 향한 비전이나 도전을 국민과 공유하고 함께 만들어가려는 노력은 별로 없어 보인다. 탄소 중립이나 수소 시대와 같은 새로운 시대적 흐름은 하나님이 만드신 이 세상을 보호하고 지키며 우리 자녀들이 좋은 환경에서 살게 하는 일일 수 있다. 그런 점에서 우리의 그리스도인들의 적극적인 관심이 필요한 일이다.