[사이언스칼럼] 이산화탄소와 수소는 형제?

장태선 한국화학연구원 CO₂ 에너지연구센터 연구위원

장태선 한국화학연구원 CO₂에너지연구센터 연구위원

우리나라는 2015년 6월 국제사회에 의욕적인 온실가스 감축 목표를 제시했다. 최근 탄소중립녹색성장위원회에 따르면 2030년 배출량을 4억 3660만ｔ 정도로, 2018년 배출량 대비 40% 감축하는 목표를 설정했다. 하지만 우리나라 주력 산업은 이미 세계 최고 수준의 에너지 효율을 보유하고 있어서 추가적인 온실가스 감축 잠재력이 낮은 상황이다. 따라서 석유화학, 발전, 철강, 시멘트 등 온실가스 다 배출 업종은 감축 수단 발굴에 애로가 있으므로 신기술 개발을 통해 강화하는 의무에 대비할 필요가 있다.

특히 우리나라는 온실가스 감축을 위해 탄소 기반 에너지를 수소 에너지로 전환하고자 노력하고 있다. 하지만 우리나라 현실을 고려하면 수소경제 사회로의 확장 시 필요한 수소는 천연가스 등을 원료로 수소를 생산하는 설비(천연가스+물→이산화탄소+수소로 전환하는 개질 공정)에 의존해야 하는데, 개질 공정에서 함께 전환되는 이산화탄소가 대량 발생할 수밖에 없어, 이를 대비한 이산화탄소 처리 기술이 수반돼야 한다. 이때 방출되는 이산화탄소는 수소 수요량에 따라 크게 달라지게 된다. 물론 신재생에너지(태양광, 풍력 등) 기반 수소 생산 기술이 상용화에 도달하면, 에너지 소비에 의한 탄소배출 감소와 동시에 온실가스 감축이 가능한 수소 기반 이산화탄소 처리 기술이 가능해질 것이다. 따라서 현 상황에서는 우리나라에 적합한 맞춤형 이산화탄소 처리 기술 확보가 필요하다.

유럽은 신재생에너지로 생산한 수소에 이산화탄소를 활용해 메탄올(아이슬란드, CRI) 또는 디젤(독일, Sunfire)을 생산하는 기업 등을 중심으로 다양한 이산화탄소 활용 기술 사업들이 진행 중이다. 호주는 일본과 공동으로 석탄의 가스화와 개질을 통해 수소를 생산해 일본으로 수송하는 국제 프로젝트를 진행하고 있으며, 이때 발생한 이산화탄소를 포집해 호주 인근 해저에 저장하는 사업을 진행하고 있다. 두 가지 경우 수소의 수요를 맞추기 위한 노력의 하나로 발생하는 이산화탄소는 화석연료 대신 활용하거나 해저에 저장한다는 것이다. 따라서 수소를 에너지원으로 사용하기 위해서는 이산화탄소 문제를 반드시 해결해야만 한다. 국내에서는 수소 생산을 위한 공정 또는 신재생에너지 공정과 연계된 이산화탄소 처리 기술에 대한 원천 수준의 연구들이 진행 중이나 본격적인 수소경제 사회 진입에 대비한 기술 개발, 특히 실증규모의 사업이 시급하다.

정부 정책보고서에 따르면, 수소경제는 수소를 주요 에너지원으로 사용하는 경제산업 구조를 말한다. 즉 화석연료 중심의 현재 에너지 시스템에서 벗어나 수소를 에너지원으로 활용하는 자동차, 선박, 열차, 기계 혹은 전기 발전, 열 생산 등을 늘리고 이를 위해 수소를 안정적으로 생산·저장· 운송하는 데 필요한 모든 분야의 산업과 시장을 새롭게 만들어내는 경제시스템이다. 신재생에너지가 부족한 우리나라의 경우 아직은 수소를 기존 화석연료에서 생산하는 방식을 채택할 수밖에 없다. 하지만 수소경제 전환을 위해서는 온실가스 처리를 어떻게 할지에 대한 논의는 거의 없고 이산화탄소와 수소에 대한 로드맵도 대부분 별도로 진행돼 왔다. 수소경제로드맵에 따르면, 수소의 경우 현재 준비기를 넘어 확산기로 진입하는 과정이지만, 발생하는 이산화탄소 처리에 관한 문제는 대부분 별개로 생각했었다.

한편 한국화학연구원 등 정부출연연구기관은 이산화탄소 처리와 수소 확보 문제가 별개의 이슈로 진행될 때 예상되는 산업적, 기술적, 경제적인 어려움을 감안해 이산화탄소와 수소 문제를 같은 선상에서 접근해 조직적으로 대응하고 있다. 이처럼 정부에서도 정책을 만들 때 이산화탄소와 수소 관련 문제를 동시에 검토한다면 탄소중립을 지향하는 국제적인 추세에 부합하는 아이디어와 정책이 보다 효율적으로 도출될 것이며, 또한 수소경제 사회가 더욱 빠르고 확실하게 구축되고 에너지와 기후변화 위기를 극복할 수 있는 해결책 중 한 가지가 될 것이다.
장태선 한국화학연구원 CO₂에너지연구센터 연구위원