<대체에너지를 찾아라> ②무한한 수소에너지 -연합뉴스 원자력수소 생산 개념도 (대전=연합뉴스) 원자력을 이용한 수소 생산 시스템의 개념도 << 전국부 특집기사 참조 >> seokyee@yna.co.kr "`맹물로 가는 車' 꿈이 아니다"‥경제성 확보가 관건 (대전=연합뉴스) 윤석이 기자 = "휘발유나 경유 대신 맹물로 가는 자동차를 만들 수는 없을까?" 맹물 자동차는 정확하게 말하면 물에서 뽑아낸 수소를 연료로 해 움직이는 자동차다. 수십 년 전만 해도 꿈만 같았던 맹물 자동차가 우리 눈앞에서 질주할 날이 머지않았다. 수소에너지는 물을 이용하기 때문에 사실상 무한한 에너지인데다 이산화탄소 등을 전혀 배출하지 않아 친환경적이어서 경제성만 뒷받침된다면 석유에너지 고갈 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 대안이라는 게 전문가들의 진단이다. 최근 `제3의 오일쇼크'로 불릴 만큼 석유 가격이 급등하면서 대체 에너지 자원으로 수소에너지 개발에 대한 전 세계 각국의 관심이 다시 집중되고 있다. ◇마르지 않는 `샘' 수소에너지 = 양성자와 전자가 각각 하나뿐인 수소(水素, H)는 우주를 이루는 물질의 99퍼센트를 차지할 정도로 가장 흔한 물질이다. 20세기의 대표적 에너지원인 석유의 주성분도 수소다. 그러나 석유는 한정된 자원일 뿐만 아니라 수소 말고도 탄소를 함유하고 있어 석유를 태우면 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 배출한다. 하지만 수소에너지는 물(H₂O)에서 수소만을 뽑아내 태우기 때문에 공기오염을 걱정할 필요가 전혀 없고 사용 후에는 다시 물로 재순환돼 고갈될 우려도 없다. 활용범위도 광범위해 산업용의 기초 소재로부터 일반연료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지 등 현재 석유를 이용한 모든 에너지 시스템에서 사용할 수가 있다. 이 때문에 수소가 화석연료를 대신할 미래 청정 에너지원으로 큰 기대를 모고 있는 것이다. ◇수소에너지 `경제성'이 문제 = 물에서 수소를 얻기 위한 가장 손쉬운 방법은 전기를 이용해 분해하는 것이다. 그러나 수소 생산에 사용된 전기 에너지에 비해 생산되는 수소에너지의 경제성이 너무 낮다. 가장 저렴하게 전기를 생산할 수 있는 원자력을 이용하더라도 현재의 기술력으로는 효율이 높지 않아 물을 끓이는 데 들어가는 에너지가 2개라면 여기서 나오는 수소 에너지는 1개가 조금 넘는 수준에 불과하다. 밑지는 장사인 셈이다. 태양열이나 풍력 등으로 전기를 만든 다음 물을 전기분해해서 수소를 만드는 방법도 연구되고 있지만 이 역시 경제성이 매우 낮다. 수소가 여러 장점에도 불구하고 이 같은 이유로 미래의 에너지원으로 불리는 것이다. 물론 이미 상용화된 기술로 석유나 천연가스에 고열을 가해 수소를 분리해 내는 방법도 있지만 화석에너지를 사용한다는 점에서 이 역시 경제성이 낮고 대체 에너지로 볼 수 없다. ◇대안으로 떠오른 `초고온 가스 냉각로' = 결국 석유 경제시대에서 수소 경제시대로 가기 위해서는 값싼 수소를 대량으로 생산할 수 있는 기술을 개발하는 것이 급선무인데 원자로의 일종인 `초고온가스냉각로(High Temperrature Gas-cooled Reactor, HTGR)'가 대안으로 떠오르고 있다. 물을 이용해 수소를 만드는 방법 가운데 다른 하나로 고온의 열에너지를 이용하는 방법이 있는데 이 초고온가스냉각로에서 섭씨 900도 이상의 열을 얻어 요오드, 이산화황, 물의 혼합물 화학반응 과정(열화학적 수소제조 사이클)에 사용하면 안정적으로 수소를 얻을 수 있다. 이런 방식으로 만들어지는 수소를 `원자력 수소'라고 한다. 하지만 섭씨 900도 이상의 고열에 견딜 수 있는 원자로를 만드는 것은 간단한 일이 아니어서 우리나라를 포함해 원자력 선진국들은 이 초고온가스냉각로 개발에 온 힘을 기울이고 있다. 경수로나 중수로 등 현재 가동되고 있는 일반적인 원자로는 섭씨 300도까지 견딜 수 있도록 설계돼 있다. 과학자들은 고열에 견딜 수 있는 방법으로 섭씨 4천도부터 녹기 시작하는 흑연을 원자로의 노심으로 사용하고 헬륨가스를 냉각재로 사용하는 방법 등을 연구하고 있다. ◇원자력수소 개발 어디까지 왔나 = 미국은 이미 십 수 년 전부터 `국가 수소에너지 로드맵'을 마련해 1996년부터 2001년까지 1천645억 달러의 연구비를 투자했으며 아이다호 국립원자력연구소를 중심으로 초고온가스냉각로 개발에 나서고 있다. 일본은 1970년대 석유 파동을 계기로 수소에너지를 비롯한 대체 에너지 개발을 본격화해 30MW급의 고온가스냉각로를 건설, 48시간 연속 운전으로 시간당 1ℓ의 수소를 만드는 데 성공하기도 했다. 우리나라도 5년여 전부터 초고온가스냉각로 개발에 본격 나서 최근에 에너지기술연구원 주도로 시간당 3ℓ의 수소를 생산할 수 있는 원자력 수소 생산 공정을 실증해 관심을 모았었다. 국제간 협력도 활발해 전 세계 원자력분야 과학자들로 구성된 `GenⅣ 국제포럼'은 초고온냉각가스로를 제4세대 원자로로 채택, 원자력으로 수소를 생산하려는 데 협력하고 있다. 이 같은 기술개발 추세를 볼 때 원자력을 이용한 수소 생산기술은 2020년께 완성돼 수소연료의 대중화에 기여할 것으로 전문가들은 보고 있다. 물론 이 과정에서 해결해야할 숙제도 적지 않다. 우리나라의 경우 당장 원자력 개발에 대한 사회적인 저항감을 제외하더라도 원자력수소기술 개발에만 10여년의 기간과 수천억 원의 투자가 필요할 것으로 예상된다. 또 이 기술의 실증을 위한 초고온냉각가스로 건설에도 1조원 이상이 들 것으로 예상된다. 국민적인 공감대가 있어야 한다는 이야기이다. 아울러 수소에너지 기술 개발 외에도 수소의 저장과 운반, 활용을 위한 인프라, 안전 규제 등 수소 경제 시대에 대비한 국가차원 비전과 전략이 수립돼야 한다는 게 전문가들의 지적이다. 한국원자력연구원 장종화 박사는 "값싼 석유자원의 고갈은 예정돼 있고 언젠가는 수소경제로 이행해야하는 데 가까운 장래에 원자력수소생산을 위한 실증 플랜트가 건설될 것으로 기대된다"며 "원자력수소 등 수소에너지의 경제성만 입증되면 빠른 속도로 수소경제사회가 도래할 것"이라고 말했다.