수전해 : 물을 전기분해하여 수소 생산

쉽게 알려주는 수소 이야기 2

김영식 승인 2022.03.17 17:01 의견 0

기사요약

- 온실가스 배출없는 수소는 어떻게 만드는가?

- 물을 전기분해하는 방법

- 전기는 어떻게 만들어야 온실가스가 없는가


 

쉽게 알려주는 수소이야기 1에서 언급한 것과 같이 수소는 지구상에 많이 존재하고 있고 지구의 70%는 물이다. 우리는 물을 이용하여 수소를 만드는 것을 이야기하고자 한다. (H2O)은 수소(H2)와 산소(O)로 구성되어 있으며, 물에 전류를 흘리면 수소와 산소가 분리되는 것이다.

 

▲ 알칼라인수전해     ©김영식

 

물을 전기분해하는 방법에는 현재 4가지 방법(알칼라인수전해, PEM, SOEC, AEM방식)이 있다.

 

첫째가 알칼라인 전기분해방식이다물에 전기를 넣어 전기분해를 하려고 하면 반발(전기저항)이 생겨 전력 소모가 커서 전기요금이 많이 발생하게 된다. 그래서 촉매로 알칼리 용액 중 하나인 수산화칼륨(KOH)을 넣어 전기저항을 낮추어서 적기요금을 줄이는 역할을 한다.

 

그러면 그림과 같이 양극에서는 산소이온이 발생하게 되고 음극에서는 수소가 발생하게 된다. 이와 같이 수소는 물을 전기분해하여 만들어지게 된다참고로 촉매로는 수산화나트륨(NaOH)을 촉매로 사용하기도 하며 20~25%의 양을 넣고 회사별로 가장 높은 효율을 내기 위해 농도를 맞춘다.

 

전세계적으로 보면 NEL, 하이드로제닉스, 텔레다인 등이 있고 한국내에서는 이엠솔루션과 수소에너젠이라는 회사가 있다해외와 국내간의 기술격차는 효율로 보면 5%정도 차이가 나고, 기간으로 보면 5년정도의 격차가 난다고 볼 수 있다.

 

백년이상 된 기술이고 상용화된지도 오래되었지만 국내에서의 가장 큰 문제점은 두가지로 요약되는데 첫째가 지금까지 물을 전기분해(수전해)의 중요성을 느끼고 있지 못했다는 것이고 둘째는 수전해를 하기 위한 전기를 만드는 인프라(태양광과 풍력이 주)가 부족했다는 것이다.

 

선후관계를 따지기는 그렇지만 수전해에 필요한 전기가 지금 가정에서 사용하는 전기(그리드)라고 하면 화석연료를 이용해서 만든 전기이므로 온실가스를 발생하게 된다는 것이 문제이다. 이 문제를 해결하려면 화석연료를 이용하지 않는 전기를 생산해야 하는데 이 것이 바로 재생에너지인 태양광과 풍력 등이다.

 

그러나 불행하게도 한국은 땅이 좁고 태양광이나 바람이 강하지 못해 환경적으로 태양광이나 풍력을 설치하는 조건이 좋지 않다. 이 것을 극복하는 것이 기술적으로 태양광의 효율을 극대화하는 방법과 풍력의 날개를 크게 만들어 더 많은 전기를 생산하는 것이고 한편으로 이 것이 선순환이 되어야 대량생산과 원가절감으로 이어지게 되는 것이다.

 

해외의 경우에는 재생에너지의 가격이 10년만에 90%가 떨어졌지만 한국은 아직 요원하다. 우리는 세계 M/S 1위의 한화솔루션이 있는데도 현재 가용하고 있는 태양광패널이나 원자재 등이 해외에 의존하기 때문이다.

 

현재의 전기요금이 KW100원 정도인데 전력요금이 KW40원이하가 되어야 수전해로 수소를 생산하는데 수익성이 나올 수 있다.

 

한국도 2050년 탄소중립 달성을 위해 늦었지만 2022년부터 그린수소의 중요성을 강조하고 있으며 재생에너지도 강력한 드라이버를 걸고 있지만 마지막 관문은 주민의 수용성이다.

 

산림이나 갯벌은 자연적인 탄소흡수원이며, 농지는 국가안보가 최우선이 식량을 담당하고 있으므로 보호의 책임이 있다. 그래서 재생에너지는 공장이나 건물, 주택의 지붕이나 주차장 등이 우선되어야 되며, 특히 정부와 공공건물들부터 먼저 모범이 되어야 한다.

 

그리고 정부의 일방적인 주장이나 기업의 사업확대보다는 주민들과의 지속적인 대화를 통하여 영농형 태양광 시범사업을 확대하고 농어민과 이익이 보장되는 이익공유형 재생에너지가 실현되어야 성공적인 2030년 탄소저감 40%가 달성될 수 있으리라 믿는다.

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