'수소 친환경성 논란'...진정한 '그린 수소' 생산 위해 "원전 필수격"

▲신월성원전 2호기

[에너지경제신문 곽수연 기자] ‘청정수소경제’를 달성하기 위해 원전을 활용한 수소생산을 고려해봐야 한다는 의견이 제기됐다. 청정수소가 대규모로 생산되기 위해서는 탄소배출이 없는 원전이 유일한 방법이라는 분석이다.

4일 미국 경제매체 포브스는 탄소배출이 가장 적은 수소생산법은 원자력발전소를 통한 방법이 유일하다고 보도했다.

포브스는 수소 생산과정에서 예상과 달리 많은 탄소를 배출할 수 있다는 점에 대해 집중 조명했다.

수소는 대기의 75%를 차지할 정도로 풍부하고 흔하다. 하지만 대부분의 수소는 분자결합형태로 존재하기 때문에 순수한 수소를 얻기 위해서는 많은 비용과 에너지를 투입해야 한다.

현재 수소생산의 95%는 수증기 메탄 개질 반응(SMR)을 통해 이뤄진다. SMR방식에서 만들어진 개질수소는 ‘그레이 수소’라고도 불리며 생산시 일산화탄소, 이산화탄소가 방출되기 때문에 친환경과는 거리가 있다. 그레이 수소 1톤을 생산하기 위해서 10톤의 이산화탄소(CO2), 20톤의 온실가스가 배출되는 것으로 알려졌다.

이와 관련, 포브스는 "대규모 수소 생산에 있어서 그레이 수소가 가장 저렴하다"고 설명했다.

‘블루 수소’도 그레이 수소와 마찬가지로 화석연료를 통해 만들어진다. 하지만 생산과정에서 방출된 이산화탄소를 포집, 압축 및 저장하는 단계까지 거치기 때문에 그레이 수소와는 엄밀히 다르다.

하지만 탄소중립 실현을 위해선 화석연료 기반인 그레이, 블루 수소를 넘어 태양광, 풍력 등 재생에너지를 활용해 생산되는 그린 수소가 대중화되어야 한다는 점이 업계 중론이다.

문제는 그린 수소의 비싼 생산단가다.

재생에너지의 간헐성 때문에 날씨에 따라 전력공급이 일정하지 않는다. 고르지 못한 재생에너지 전력공급으로 수소생산 시설들이 효율적으로 가동되지 못해 결국 대규모 생산에 많은 비용이 요구된다.

실제로 포브스에 따르면 그린 수소의 생산비용이 그레이 수소보다 두 배 더 높은 것으로 추산됐다.

이런 상황에서 포브스는 탄소배출이 없는 원전을 활용해 수소를 대규모로 생산할 수 있다는 의견을 제시했다.

물을 전기분해해 수소를 얻는 수전해나 메탄가스를 고온열로 분해해 수소를 생산하는 메탄 열분해 모두 원전이 적합하다는 분석이다.

수전해의 경우, 포브스는 "재생에너지의 설비 이용율이 20∼40%에 그치지만 원전 이용률은 90%에 달한다"며 "이는 수소생산 비용을 끌어내릴 수 있는 요인"이라고 설명했다. 원전은 재생에너지보다 효율적으로 가동되고 간헐성 문제도 나타나지 않는다는 점을 강조한 셈이다.

두 발전원 간 탄소발자국도 비슷한 것으로 나타났다.

지난해 3월 국제학술지 ‘어플라이드 에너지’에 게재된 논문에 따르면 원전을 통해 생산된 수소와 재생에너지를 활용한 수소의 탄소배출량이 비슷하다는 연구결과가 나왔다.

하지만 전해조 자체가 효율적이지 못해 비용이 절감될 수 있을지는 미지수다.

포브스는 "수전해를 하면 전력의 20%가 수소를 생산하는데 손실된다"며 "쉽게 말하면 전력 1을 투입하면 0.8의 수소를 얻는다. 수소생산하는데 0.2 전력이 손실되는 것이다"고 지적했다.

메탄 열분해의 경우 수전해보다 더 효율적인 수소 생산법으로 거론되고 있다.

메탄가스를 열로 분해하면 탄소와 수소로 나눠진다. 촉매제가 없으면 메탄 열분해는 1100∼1200도 이상의 온도에서 일어나지만 니켈, 철 등의 촉매제가 투입되면 요구되는 온도가 각각 500∼700도, 700∼900도까지 내려간다.

하지만 원전이 가동되면 이런 고온환경이 자연스럽게 만들어지기 때문에 메탄 열분해를 위한 적합한 장소로 꼽히는 것이다. 포브스에 따르면 현재 개발중인 차세대 원전으로 500∼1000도의 환경을 갖출 수가 있어 별도의 에너지 변환 없이 바로 열분해에 사용될 수 있다.

캐나다 원자력회사 테레스티얼 에너지의 데이비드 르방크 기술총괄은 "메탄열분해는 수전해보다 8배나 낮은 에너지가 투입되어도 수소생산이 가능하다"며 "또 열분해로 생산된 수소의 에너지출력은 수전해를 통해 생산된 수소보다 7배 더 높다"고 설명했다.