물박사 워터맨의 물 이야기-60

미래의 대체에너지 & 신재생에너지

수많은 에너지 산업이 난무하는 요즘, 효율적이고 친환경적인 에너지가 각광받고 있다. 이번호에서는 미래의 대체 에너지로 급부상하고 있는 수소에너지와 신재생 에너지에 관하여 집중적으로 이야기해 볼까한다. 대체 에너지란 과거부터 사용되어오던 석유, 석탄, 원자력, 천연 가스, 수력 등 물질적 자원에 의한 에너지를 넘어 신기술로 개발된 신재생 에너지를 말한다. 그 종류를 살펴보면 태양 에너지, 바이오 매스, 소수력, 지열, 해양 에너지, 수소 에너지, 석탄 전환 연료 등이 있다.

친환경 중심의 에너지원

우리 나라는 이미 2004년부터 에너지 개발·이용·보급 촉진법’을 개정하여 재생 에너지 8개 분야와 신 에너지 3개 분야를 지정하여 집중적으로 개발하고 있다. 초기에는 신·재생 에너지의 공급 비중이 불과 기존에너지 산업에 비해 2.3%에 불과했지만 정부는 수년에 걸쳐 수십조의 막대한 자본을 지속적으로 투자하여 신재생에너지 공급 비중을 높여가고 있다.

대체 에너지는 꾸준한 연구를 통해 얻은 비 고갈성 기술에너지로써 미래에는 효율적이고 친환경적인 에너지로 부상하고는 있지만 아직은 초기개발에 많은 비용이 발생하기 때문에 기존 화학 연료에 비해 효율성이 떨어지는 단점이 있다. 하지만 미래의 시장창출과 경제성 확보 등을 통해 재생에너지로써의 입지를 굳힌다면 미래의 공공에너지로써 재 역할을 할 수 있을 것이다.

국가별 대체 에너지 공급 비중을 살펴보면 덴마크, 프랑스, 미국 등이 있는데 이중 덴마크가 대체 에너지를 가장 잘 활용하는 대표적인 국가로 알려져 있다. 주로 바람을 이용한 풍차전기 공급과 태양열을 이용한 온수 공급이 대표적인 예다.

대체에너지의 종류를 살펴보면 높은 위치에 존재하는 물을 낮은 곳으로 떨어뜨려 에너지를 얻는 수력 발전이 있으며, 바람에 의해 풍차를 돌려 에너지를 얻는 풍력 발전이 있다.

그 외에도 나무/분뇨/찌꺼기/쓰레기 등에서 얻어지는 바이오매스, 태양 에너지를 이용한 태양열발전, 수소 중 중수소와 3중수소를 이용한 발전핵융합 발전에 있다.

전기분해 공법을 이용한 에너지 자원

최근, 수소자동차의 등장이 두드러지고 있다. 배경에는 자동차에 석유 대신 물을 전기분해하여 수소가스 에너지를 얻는 방법이 있다. 그러나 활용되는 소재가 다소 경제성적으로 효율성이 떨어지는 단점은 있지만 수전해 방식은 친환경에너지 기술로 급부상하고 있다.

한양대학교 ERICA캠퍼스 화학분자공학과 이승현 교수 연구팀은 그린수소 생산을 위한 물을 전기분해하는 기술에 활용할 수 있는 고효율·저비용 촉매를 개발했다고 밝혔다.

물을 전기 분해해 추출되는 수소가스는 탄소를 배출하지 않는 친환경 청정에너지로 미래의 대체연료로 기대된다. 다만, 물은 전기분해하는 과정에 쓰이는 촉매인 루테늄·백금의 매장량이 적고 매우 비싸 그린수소 대량 생산에 한계가 있었다. 하지만 이번에 개발된 3차원 니켈 기판 형태의 수전해 촉매 기술을 적용하면 기존 백금보다 훨씬 저렴하고 경제적이다.

수소(H2) 에너지는 공기보다 가벼운 가연성 기체로 1766년에 세상에 알려졌으며 그 후 21년이 지난 1787년에 “Hydrogen”이라는 고유의 이름을 부여받았다.

물을 전기분해하여 얻어지는 수소 가스는 무색, 무취로 존재한다. 기체상태의 수소는 공기보다 약 14배 정도 가볍기 때문에 외부 누출 시 빠르게 상승하므로 발화 위험이 적고 안전하다. 수소에너지의 구체적인 장점을 살펴보면 공기 중에 확산(Diffusion)하는 속도가 빠르고 부력(Buoyancy)이 좋으며 색, 냄새, 맛, 독성(Color, odor, taste, and toxicity)이 없고 가연성(Flammability)이 크고 점화 에너지(Ignition energyL)가 절약되며 폭파 수준(Detonation level)이 낮고 화염 속도(Flame velocity)가 빠르다. 화염 온도(Flame temperature) 또한 낮다.

참고로 수소에너지를 적용하고 있는 수소 차량의 연비는 보통1.1Kg(10ℓ) 기준으로 130Km 주행거리를 계산 할 수 있다고 한다.

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