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개요현재 인류문명사회의 주 에너지원이 되고 있는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료는 사용 후 재생이 불가능하고 매장량이 한정되어 있을 뿐만 아니라 지역적으로 편중되는 등 여러 가지 문제를 안고 있다. 아울러 이런 화석연료는 연소 시 발생되는 각종 공해물질로 인해 심각한 환경문제를 야기하고 있으며, 1990년대 이후 환경오염물질의 배출에 대한 규제가 전 세계적으로 날로 엄격해지고 있다. 따라서 에너지 자원의 고갈 및 환경오염문제에서 벗어날 수 있는 깨끗하고 지속가능한 새로운 에너지 자원의 개발과 에너지 시스템의 구축이 21세기의 중요한 해결과제 중의 하나로 인식되고 있다.이런 맥락에서 이상적인 차세대 신재생에너지로서 가장 주목을 받고 있는 것 중의 하나가 수소에너지다. 수소에너지는 인류가 현재 당면하고 있는 에너지 자원 고갈과 환경오염문제를 해결할 수 있는 가장 유력하고 유일한 대안으로 인식되고 있으며, 21세기에는 지구 온난화와 대기오염 대응 및 에너지 안보와 자급 차원에서 그 필요성이 한층 높아질 것으로 예측된다. 에너지원으로의 수소는 미래의 에너지 시스템에 적합한 여러 가지 장점을 지니고 있다. 수소는 공기 중에서 연소 시 극소량의 질소산화물(NOx)의 발생을 제외하고는 공해물질이 생성되지 않으며, 직접 연소용 연료로서 또는 연료전지 등의 연료로서 사용이 간편하다. 또 수소는 가스나 액체로서 수송할 수 있으며 고압가스, 액체수소, 수소저장합금 등 다양한 형태로 저장이 가능하다. 아울러 수소는 궁극적으로 무한정인 물을 연료로 하여 제조할 수 있으며, 사용 후에는 다시 물로 재순환이 이루어진다.현재의 에너지 시스템에 주연료로 사용되는 화석연료는 사용 후 NOx, SOx, 분진 등과 같은 대기오염물질을 배출하여 지구의 환경을 오염시키고 있을 뿐만 아니라 다량의 이산화탄소를 대기 중에 배출하여 지구온난화의 우려를 가중시키고 있다. 또 다른 에너지원인 원자력은 사용과정 또는 사용 후 방사능오염으로 인해 생태계를 파괴하고 인류의 생존을 위협할 수 있는 위험요소를 항상 지니고 있다고 할 수 있다.수소에너지는 대체에너지원을 이용하여 물로부터 수소를 생산·활용하여 다시 물을 생성하는 사이클 시스템을 그 근간으로 하고 있어 현재의 화석에너지가 갖지 못하는 비고갈성, 환경친화성의 장점을 갖고 있다. 석유, 석탄 등의 1차 에너지와 달리 2차 에너지이기 때문에 에너지 매개수단으로 보아 에너지매체(energy carrier)로 부르기도 한다. 수소는 연료전지를 통해서 산업용의 기초 소재로부터 일반 연료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지에 이르기까지 현재의 에너지 시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용될 수 있다.국내외 시장동향수소는 주거용, 난방용, 발전용 연료로 이용할 수 있다. 가스 상태에서는 발열량이 부피기준으로 천연가스의 1/3 정도로 적지만, 버너 구조 개조로 쉽게 사용할 수 있다. 액체 수소 연료는 단위무게로 볼 때 매우 높은 열량을 가지고 있으므로, 보다 큰 연료탱크를 필요로 한다는 단점에도 불구하고 제트 연료와 비교하여 경쟁력이 있으며, 로켓 연료로 널리 사용되고 있다. 장기적으로 태양에너지를 이용하여 물을 분해하여 수소를 얻는 것을 목표로 하고 있지만, 단기적으로는 현재 가장 경제적이고 기존 시스템에 큰 무리없이 이산화탄소 등을 상당 부분 제거하여 화석연료의 청정화에도 기여한다는 점에서 화석 연료가 수소원으로서 상당한 비중을 차지하게 될 것이다.수소에너지 기술은 제조, 저장, 수송 및 이용방법에 이르기까지 많은 분야가 종합적으로 연관되어 있으며, 아직까지 경제성이 확보되지 않은 기술들이 대부분이다.현재 수소는 반도체, 전자, 철강·금속, 화학·식품 산업에 사용되고 있으며, 2004년 기준으로 국내 시장은 약 800억원 규모에서 2020년에는 2,600억원 규모로 성장하고, 국외 시장도 1,400억달러(약 140조원)의 거대시장으로 성장할 것으로 예측되고 있다.기술개발 현황(1) 국내동향우리나라에서는 이미 1970년대부터 수소의 제조·저장·이용 등 각 분야에 관심을 갖고 기초 연구를 수행하여 왔다. 정부지원이 꾸준히 계속되지 못하고 지원 규모가 매우 작아 실증 규모에까지 이른 것은 없으나, 밑바탕이 될 인적 자원과 수소에 대한 관심은 점차 증대되고 있다.1989년 과기처의 지원으로 대학 및 연구소 공동으로 수소에너지 관련 기초연구를 수행했으마, 1단계(3년)의 연구지원으로 마감되었으며, 이후 G7과제에 채택되지 않음에 따라 수소에너지 관련 연구는 사실상 중단되었다고 할 수 있다. 1989년부터 1992년까지 특정과제로 추진되었던 연구내용은 수소의 제조기술, 수소의 저장기술 및 수소의 안전대책기술로 9개의 연구과제가 수행되었다. 한편 1988년부터 시작된 대체에너지 기술개발 사업에 따라 1992년부터 수소에너지 분야의 연구개발도 지원되기 시작하였는데, 대부분이 대학에서 기초연구 수준으로 진행되었다.2000년 10월부터 과학기술부에서 5년간 60억원을 지원하면서 우리나라에서도 수소제조연구가 본격화되었다고 할 수 있다. 대상기술은 열화학적, 생물학적 방법 및 광촉매를 이용하여 물로부터 수소를 제조할 수 있는 기술로서 장기적 안목에서 추진되고 있다. 아울러 2001년 2월부터는 산업자원부 산하 에너지관리공단의 신재쟁에너지 기술개발사업의 일환으로 천연가스의 직접 열분해에 의한 대량 수소제조 기술개발 연구가 5년간에 걸쳐 약 80억원의 연구비 규모로 진행 중에 있다. 2003년 10월부터 10년 계획의 21C 프런티어 기술개발사업의 하나로 ‘고효율 수소에너지 제조·저장·이용 기술개발사업’이 시작되어 연간 약 100억원 규모의 연구비를 투입하고 있으며, 2004년 3월에는 16년 계획으로 원자력수소 생산시스템 개발사업이 시작되었다. 원자력 수소연구는 고온가스 원자로 발생열을 열화학법에 의한 수소에너지 제조에 적용하여 2020년 우리나라 수송용 에너지의 20%를 담당한다는 야심찬 계획을 가지고 있다. 한편 2004년 1월에 출범된 산업자원부 산하 ‘수소·연료전지사업단’에서는 신재생에너지 프로젝트형 사업으로서 미래 수소경제의 실현을 위한 수소 인프라 구축을 목표로 수소 생산, 저장 및 연료전지 이용에 관한 전반적인 연구개발 사업을 수행하고 있다.(2) 해외현황미국·일본을 비롯한 기술 선진국들은 21세기 에너지문제와 환경문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 거의 유일한 대안으로 수소에너지 기술의 연구에 심혈을 기울이고 있으며, 이미 상당한 성과를 거두고 있다. 1960년대에 우주개발을 위한 수소추진 로켓, 액체수소의 저장과 수송, 연료전지 이용기술 등이 선진국에서 일부 실용화되었고, 수소에너지 공동개발추진 및 수소에너지 시스템 실증실험 등이 이뤄지고 있다. 1970년대의 오일 파동은 수소에너지의 중요성을 다시 인식시키는 계기가 되어 각국에서 수소에너지 등 대체에너지 개발 사업이 시작되었으나, 기반기술의 취약성으로 인해 1980년대 말까지는 크게 주목을 받지 못했다. 그러나 1990년대의 빠른 기술 진보, 특히 대체에너지원으로부터의 수소 생산 기술 및 연료전지를 비롯한 수소 이용기술의 획기적인 발전은 다시 수소에너지 개발사업이 본격적으로 활성화되는 계기를 마련했다. 대규모 실용화를 목표로 1980년대 중반 독일에서 시작된 수소기술 개발계획을 시초로 미국과 일본에서도 본격적인 계획 수입에 착수하여 미국은 1990년, 일본은 1993년을 기점으로 각각 대규모 수소기술 개발프로그램을 시작하였다.① 미국미국의 수소에너지 개발에 대한 관심은 1970년대의 두 차례 석유 파동에서부터 본격화되었다. 이 당시 주된 관심은 석유에 의존하지 않는 안정적인 에너지원 발굴이었으며 값싼 전기에 의한 물 전기분해로 수소를 생산하고자 하였다. 그러나 값싼 전기의 환상이 깨어지면서 수소에너지의 개발 의지는 쇠퇴하였다.1980년대 중반 이후 대체에너지 기술개발이 괄목할만한 성과를 보이면서 다시 활성화되기 시작하여, 1990년 Matsunaga Act 제정을 계기로 수소에너지 개발 프로그램이 본격적으로 추진되기 시작했다. 1992년 에너지부(DOE)의 ‘Hydrogen Program’이 확정되면서 본격적인 기술개발이 시작되었으며, 수소에너지 시대를 대비한 요소기술(Critical Technology) 개발을 위해 연평균 약 1,800만 달러를 투자하고 있다. 특히 DOE 장관 부속으로 HTAP(Hydrogen Tchnology Advisory Panel)를 구성하여 수소에너지의 미래 비전을 제시하고 이를 실현하기 위한 임무를 수행하기 위해 범국가적으로 수소에너지 프로그램을 진행시키고 있다.또 1996년 미의회는 수소미래법안(Hydrogen Future Act)을 통과시켜, 1996년부터 2001년까지 1.6억 달러를 수소의 생산, 저장, 이용 등에 관한 연구와 실증사업에 투자하도록 했다. 이런 법안에 힘입어 에너지부에서 수소에너지 프로그램을 진행하고 있으며, 중장기적인 안목으로 수소를 에너지 체계에 도입하고자 시도하고 있다. 한 예로 Freedom Car 및 Hydrogen Fuel Initiative 프로그램은 2003년부터 5년 동안 수소에너지와 연료전지 기술개발에 약 17억 달러의 연구비를 투입할 계획으로 있다.미국은 2030년 이후 수소에너지가 에너지 수급 체계의 한 축을 담당한다는 비전을 갖고 있으며, 그 때까지의 과도기적 역할은 화석에너지가 담당하고 2030년 이후는 원천기술 개발로 경쟁력을 갖춘 대체에너지가 주도적인 역할을 수행할 것으로 예상하고 있다.② 일본일본정부(통상산업성 산업과학기술청)는 1993년 기존의 Sun Shine 프로그램(신에너지기술 연구개발계획, 1974년~1991년 동안 수행), Moon Light 프로그램(에너지절약기술 연구개발계획), 환경기술 연구개발 프로그램의 3부문을 통합하여 새로운 에너지, 환경기술 연구개발계획인 뉴 선샤인 프로그램(New Sun Shine Program)을 시작했다. 이 가운데 수소 에너지기술 연구개발 계획(Japanese Hydrogen Program)인 WE-NET(World Energy Network)은 수소와 관련된 모든 국책연구사업을 수행했다. WE-NET 계획은 1993년~1998년까지의 1단계 사업, 그리고 1999년~2003년까지의 2단계 사업으로 나뉘어 추진되었으며, 제1단계 기간 동안에는 생산, 저장 및 수송, 이용 등 수소에너지 시스템을 구성하는 각 sub-system의 평가를 주축으로 연구가 진행되었다. 제2단계 사업은 수소 에너지의 사회 진입을 목적으로 하는 중·단기 과제와 신재생에너지원으로부터 수송 대량생산 및 활용을 목적으로 하는 장기 과제, 두 가지로 나뉘어 진행되었다. 아울러 2003년부터 2007년부터까지 ‘수소안전, 이용 등 기반기술개발’에 약 6,000여억원을 투입할 계획이다.③ 독일독일은 미국과 같이 포괄적인 수소도입을 목표로 설정하고 있지는 않지만, 개별 프로젝트를 통해 수소이용기술의 적용범위를 계속 확대하고 있다. 독일 정부의 수소·연료전지 관련 기술개발 예산은 1997년 2,500만 DM(Deutsche Mark)이었으며, 2000년에는 3,100만 DM으로 증가되었다. 그 외에 Bavaria 주 정부도 2000년까지 1억 5,000만 DM을 수소프로젝트에 투입하였다. Bavaria 주 정부는 1986년에 태양-수소에너지 시스템기술을 개발하는 SWB(Solar Wasserstoff Bayern)를 발족시킨 이후 기술개발을 적극적으로 지원하고 있다. 수소저장 합금의 개발, 수소자동차의 개발 외에 대체전원(PV system)으로부터 수소의 제조와 저장, 그리고 연료전지, 수소보일러, 수소자동차 등에 이용하는 수소에너지 시스템 기술의 플랜트를 설치, 운전하여 수소에너지 시대의 도래에 대비하고 있다.
<Energy News>
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