신재생에너지와 수소

최근 신재생 에너지 관련주 관련으로 자료를 이리 저리 찾다가, 정리해본 내용을 토대로 글을 작성해 본다.

( 전문가적인 견해는 아니며, 비 전문가 입장에서 내용을 간략히 정리를 한 내용입니다. 부족한 내용은 보충 될 수 있습니다. )

고대에 인류가 불을 발명한이후로 한동안 에너지는 열원 그리고 광원으로 사용되었다.

열원 : 음식을 가열하여 조리를 하거나, 철을 녹이는 용도
광원 : 어둠을 밝히기 위한 조명

그러던중 산업혁명이 일어나고, 에너지.특히 화석연료는 동력원으로도 사용되기 시작하였다.

동력원 : 물체를 움직이게 하는 용도

GE와 웨스팅하우스의 경쟁 덕분에.. 우리는 화석연료를 이용해서 “전기”라는 새로운 용도로 이용할 수 있게 되었다.

그래서 재미있는 구조를 가지게 되었는데.

화석연료가 발전소에서 동력원이 되어 발전기를 구동하고 전기를 만들어서 송배전 시스템을 통해서 목적지에 도착하면 전기를 이용하여 다시 새로 열원이 되거나, 광원, 동력원이 되는 구조가 되었다.

화석 연료 -> ( 동력원 ) -> 발전소 -> ( 발전 ) -> 송배전 시스템 -> 열원 , 광원 , 동력원

사실 초소형 시스템에서는 화석연료를 따로 쓰는게 더 효율이 떨어질 수 있기 때문에 위와 같은 구조가 되는것.

(물론 내연기관 자동차나 가스 보일러, 가스렌지 같이 화석연료를 그대로 쓰는 경우도 있다 )

자 여기까지가 기존의 시스템이고..

이게 신재생 에너지와 수소가 만나서 완전히 패러다임이 바뀐다.

최종단 ( End user )에서 수소를 사용하게 되는 상황이 오고 있는것인데, 우선은 이유가 “전기”다.

물론 지구 온난화라는 더 큰 이유가 있긴 한데, 이게 아주 복잡하고 미묘한 관계라..

지구온난화가 심해지면서 CO2 배출을 감축하게 되고, 그러기 위해서는 “신재생 에너지”를 늘리고 있는 상황인데 우선 신재생에너지는 기존의 화석 연료와 다르게 “저장”이 어렵고, “운반”은 “전기”의 형태로 변환을 해서 쓸수 밖에 없다.

쉽게 말해 그 자체가 열원,광원,동력원이 되는게 아니라, 전력원의 형태로 전기 공급자가 된뒤에 그 전기가 송배전되서 그 전기를 사용해야 하는 형태인것이다.

앞에서 저장이 어렵다고 했는데, 그래서 최근 뜨기 시작하는 것중의 하나가 많은 사람들이 알고 있는 배터리.

특히 리튬이온 계열의 2차 전지 배터리는 차량용으로 특히 더 많이 뜨는중이고, 테슬라의 경우 가정용 예비 전력원으로써의 배터리도 적극적으로 판매하고 있다.

그런데, 배터리도 소형 전력원으로나 가능하고 대형은 많은 이유로 어려움이 많은데, 그걸 극복하게 해주는 기술중의 하나가 “수소”다.

“신재생에너지”를 이용해서 “수소”를 생산하는것을 수전해 라고 하고, 이러한 방식으로 생산한 수소를 “그린 수소”라고 부른다. ( 자세한 수소의 분류는 하단에 )

수소를 다시 산소와 결합하여 전기를 만드는장비를 “연료전지(Fuel Cell)”라고 하고 이러한 개별 단위 셀을 모은것을 “스택”이라고 부른다.

그런데, 문제는 수소도 저장이 그렇게 쉬운것만은 아니다.

조금 극단적으로 화석연료의 경우에는 주변에 흔한 페트병에 담아도 높은 밀도로 쉽게 보관이 가능하지만 수소는 기체 상태기 때문에 보관이 어렵다.

그래서 사람들은 수소에 질소를 첨가해서 “암모니아”로 만드는 방법을 생각해 냈다.

암모니아 형태로 바꾸면 비록 강력한 독성 물질이긴 하지만, 수소에 비해서 좀더 많이 저장이 쉽다.

상대적으로 낮은 압력으로 보관도 가능하고, 혹은 상대적으로 높은 온도에서도 액화가 쉽게 되어 보관이 상대적으로 쉽게 된다.

또한 이미 암모니아는 기존의 화학 공정에서 많이 사용하는 물질이라, 다루는 시스템들은 이미 너무도 많이 구축되어 있기에 유통도 상대적으로 쉽다.

정리를 하면..

신재생 에너지를 이용하여 전기를 생산하고,

그 생산된 전기를 이용해서 수소를 생산하고,

그 수소를 이용해서 암모니아를 생산하여 보관,유통을 하고

필요시 다시 암모니아를 수소로 바꾸고, 다시 수소를 전기로 바꾸는 형태의 경제 구조가 만들어지게 된다는것이다.

물론 중간에 저 과정을 다 밟지는 않고, 전기를 그대로 송전하거나 생산된 수소를 그대로 가져다 쓰는 경우도 있을 것이다.

다만, 기존에 있던 화석 연료는 저 사이클에서 완전히 배제된다는것이 중요하다.

언제쯤 이게 완전히 완성 될지는 모르겠지만 앞으로 이러한 형태로 경제 구조가 재편된다는것.

Appendix:

그린 수소 : 신 재생에너지를 이용해서 직접 생산한 수소 ( 수전해 장비를 이용한다. )

그레이 수소 : 천연 가스를 개질해서 만드는 수소, 정유 과정에 나오는 부산물 형태의 수소.

블루 수소 : 그레이 수소를 생산하는 과정의 CO2 를 따로 모아서 저장하여 CO2 배출을 줄인 수소.

연료 전지의 종류 :

PEMFC : 낮은 동작 온도 / 낮은 효율

SOFC : 높은 동작 온도 / 높은 효율