[글로벌 에너지] 몸집 키우는 '수소저장'…배터리시장 다크호스

리프킨 ‘수소혁명’ 이후 15년…수소, 배터리 시장 대체하나? ‘수소저장’에 주목

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[에너지경제신문 한상희 기자] 지구상에서 가장 쉽게 구할 수 있는 자원인 수소. 수소경제는 정말 장밋빛 환상에 불과한가.

‘노동의 종말’ ‘육식의 종말’ 등 저서로 유명한 행동주의 철학자 제레미 리프킨은 ‘수소경제’에서 "석유 자원 시대가 곧 종말을 맞을 것"이라 전망하면서, 강력한 새 에너지 체계로 주목받게 될 수소 에너지의 무한 가능성에 주목했다. 대체 에너지 개발이 본 궤도에 오르면 수년 내 수소 연료 실용화가 가능해지고, 수소 에너지 시대에는 연료비 부담이 적어 세계 권력 구조도 변화될 것이라는 게 그의 주장이다.

리프킨이 ‘수소경제’를 출간한 지 15년이 지났지만, 수소에너지는 그간 리튬배터리나 태양광, 풍력 등 다른 자원에 밀려 주목도가 낮았다. 그러던 중 최근 변화의 조짐이 나타나고 있다. 블룸버그의 안나 허스타인 전문가는 "올초 개최된 다보스 포럼에서 현대차, 다임러, 토요타, BMW, 로얄 더치쉘, 린데 그룹 등 세계 주요 완성차·에너지 기업들이 ‘수소위원회’를 설립한 것을 계기로 다시 수소가 갖는 무한성에 관심이 커지고 있다"고 밝혔다.

실제 지난 1월 현대차그룹, 도요타, 프랑스 정유회사 토탈, 프랑스 화학기업 레르리키드, 독일 산업용 가스생산업체 린데 등 13개 완성차 에너지 기업은 수소위원회를 발족하고 관련 인프라 구축에 힘쓰고 있다. 13개 기업들은 향후 5년간 수소차 관련 제품에 107억 달러(한화 11조 9626억 원)를 투자하겠다고 밝혔다.

주요 기업들이 수소에 관심을 쏟기 시작했다는 점은 주목할 만한 점이지만, 사실 아직까지 수소 혁명은 공상에 불과하다는 입장이 다수다. 그렇다면 수소저장은 어떤 방식으로 이뤄지는가. 수소저장은 물을 분해해 수소 입자를 얻어 차량의 연료전지나 가스 발전소의 전력원으로 사용될 때까지 동굴이나 탱크에 저장하는 구조다.

수소에너지를 지지하는 쪽에서는 "이론적으로 배터리보다 우수한 대체에너지가 될 수 있을 것"이라 주장한다. 배터리는 충전해 사용해야 하고 수명이 다하면 폐기해야 하는 반면 수소에너지는 충전할 필요가 없기 때문이다. 에너지가 필요할 때까지 며칠이고 몇 달이고 저장장치에 머물렀다가, 파이프라인을 통해 가스 발전소나 화학공장, 정유소로 운반하기만 하면 된다.

이때문에 리프킨은 그의 저서에서 화석연료의 유일한 대안은 수소라고 강조하기도 했다. 수소는 화석 연료와는 달리 세계에 골고루 분포되어 있는 데다 공급량도 무한하기 때문에, 생산 비용이 계속 감소해 결국 ‘제로’에 가깝게 될 것이라는 설명이다.

이론은 완벽하다. 그러나 수소저장이 주목받지 못한 이유도 분명 존재한다. 높은 비용과 낮은 효율성으로 아직까지는 상업화가 불가능하다는 점이다.

저장이 힘들다는 점도 문제다. 수소의 질량당 단위 밀도는 높은 반면, 부피당 에너지 밀도는 낮다. 즉, 밀도 문제 때문에 수소를 저장하기 위해서는 특별한 설비들이 필요한 셈이다.

실제 에너지저장협회는 수소저장기술에 대한 전망 보고서에서 "수소전기공정의 효율성이 30∼40%에 불과하다"고 지적하기도 했다. 반면, 수소에너지를 옹호하는 쪽에서는 수소저장장치의 용량이 리튬배터리보다 훨씬 높고, 신기술이 나올 경우 효율성을 50%까지 끌어올릴 수 있다고 반박한다.

▲다국적 석유기업 로열더체쉘이 독일에서 운영 중인 수소충전소 전경. (사진=Royal Dutch Shell)

문제는 기술 개발에 상당한 투자자금이 요구된다는 점이다. 다행히 자금력이 풍부한 수소위원회의 발족으로 부담이 덜어지는 모양새다. 위원회는 수소에너지를 상용화하기 위한 방안을 찾기 위해 골몰하고 있다.

위원회 측은 오는 2018년에서 2020년까지 14억 달러(한화 1조 5811억 6000만 원)를 투자해 연구개발·시장 소개·수소시스템을 보급하기로 합의했다. 여기에는 연료전지차와 수소저장 둘다 포함된다.

이리나 슬라브 연구원은 "회원으로 참여 중인 기업들의 규모에 비하면 14억 달러라는 금액이 그리 많지 않다고 여길 수 있다"면서도 "지난 10년간 수소시스템에 대한 총투자액이 25억 달러(2조 8270억 원)였던 것을 고려하면 향후 수소에너지 업계의 명확한 이정표가 될 수 있다"고 말했다.

유럽과 미국을 중심으로 수소에너지에 대한 개발도 활발하다.

현재 유럽에서는 4개의 수소저장 프로젝트가 진행 중이며, 용량 범위는 0.7MW에서 2MW다.

미국에서는 국립재생에너지연구소가 수소기술에 대한 연구를 진행하고 있다. 가장 최근에는 연구소와 엑셀에너지와 손잡고 풍력-수소 프로젝트에 착수했다. 이 프로젝트는 풍력 터빈과 태양광 패널을 모두 사용해 전력을 생산하고, 이 중 일부를 전력을 분해해 수소에너지를 만드는 데 사용한다. 이렇게 생산된 수소에너지 중 대부분은 저장되고 나머지는 국립풍력기술센터 내 수소연료전지차 충전소에 연료를 공급하는 데 사용하고 있다.

이와 관련, 슬라브 연구원은 "수소는 기본적으로 비용이 지나치게 높고 효율성이 낮다는 점에서 진입장벽이 높지만, 향후 몇 년 간 더 많은 ‘수소 저장 프로젝트’가 개시될 것으로 보인다"고 전망하면서 "여러 도전적인 요소에도 불구하고 잠재적인 이점이 상당하다"고 덧붙여 설명했다.

그녀는 결론적으로 "수소는 탄소를 전혀 배출하지 않는 무공해 에너지원이면서, 자동차 연료나 원자재 등 다양한 산업 생산 분야에 적용할 수 있어 청정에너지로서 잠재력이 크다"고 강조했다.

향후 수소에너지의 발전 속도는 한층 더 빨라질 전망이다.

수소위원회의 일원인 산업용 가스 생산업체 에어 리퀴드(Air Liquide)의 피에르-에티엔느 프랑 미래기술사업 총괄사장은 "2020년에서 2030년까지 수소는 1990년대 태양광과 풍력의 발전속도에 비견할 수 있을 것"으로 예상했다.