[이투데이-산교타임즈 특약] 36-① 수소, 日 차세대 에너지원 우뚝… ‘수소사회’ 문 열린다

출력용량 리튬전지 최대 1000배…안전한 대량 저장기술 연구 속도

일본에서 ‘수소’가 차세대 에너지원으로 강력하게 부상하고 있다. ‘포스트 축전지’로서 수소를 이용한 전력저장시스템이 주목을 받고 있는 가운데 2015년 이후 본격적으로 양산되는 연료전지차(FCV)에서도 수소를 대량으로 안전하게 저장하는 기술 연구가 속도를 내고 있다. 또한 바이오매스에 의한 수소의 ‘지산지소’도 제안되는 등 수소 사회를 지향하는 움직임이 두드러지고 있다.

수소를 이용한 에너지저장시스템은 재생가능 에너지로 발전한 잉여 전력을 수소로 변환해 저장한다. 전력 부족 시에는 그 수소를 이용해 연료전지와 가스터빈 등으로 발전함으로써 축전지의 강력한 라이벌이 될 수 있는 에너지 저장기술이다. 출력 용량은 리튬이온전지의 10~1000배 이상이며, 축전지에 비해 장시간의 축전도 가능하다. 수소를 정제하는 데는 물의 전기분해를 이용하는데, 이것은 수소와 산소를 반응시켜 전기를 유도해 연료전지와 반대의 반응을 이용하는 것이다.

본격적인 실용화 단계는 아니지만 독일 대형 전력회사인 E.ON이 올 6월부터 시험 운전을 시작했고, 일본에서는 도시바가 총력을 기울여 연구를 진행하고 있다. 내년 후쿠시마현 고리야마시에 문을 여는 일본 산업기술종합연구소 산하 재생가능에너지연구소에서도 수소를 활용한 에너지저장시스템의 실증 시설이 건설될 것으로 알려졌다.

E.ON이 도입한 것은 풍력발전을 통해 발생한 전기로 물을 전기분해해 수소를 만들어, 전력이 필요할 시 수소를 천연가스와 함께 가스터빈 발전기의 연료로 이용하는 설비다. 최대 360㎥의 수소를 생성할 수 있다.

도시바는 물의 전기분해를 고체산화물 전기분해조(SOEC)로 하는 ‘수소전력저장시스템’을 개발 중이다. 물을 전기분해해 수소를 생산한다는 점은 E.ON과 같지만 수소를 전기로 재변환하는 방법은 가스터빈이 아닌 고체산화물 연료전지(SOFC)를 이용한다. 충방전 효율이 높은 SOEC를 이용해 충방전 효율 80%를 달성할 수 있다고 한다.

FCV의 본격적인 보급을 염두에 두고 대량의 수소를 저비용으로 저장할 수 있는 기술 연구도 가속화하고 있다. 도쿄 이과대학의 호시 노부카즈 교수팀은 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 이용한 수소저장시스템을 연구하고 있는 하이드릭파워시스템의 협력 하에 분말 형태의 NaBH4에서 차내에서 수소를 생성해 연료전지로 주행하는 FCV를 개발, 시험 주행에 성공했다. 분말 형태의 NaBH4를 수소 리액터 내에서 가수분해시켜 수소를 추출, NaBH4를 수소 저장에 사용함으로써 500km를 주행하는 데 필요한 체적이 고압수소탱크의 5분의1 이하가 되고, NaBH4는 간이 저장도 안정적이어서 기존의 인프라 설비를 이용할 수 있다.

지요다화공건설은 유기 하이드라이드법에 의한 ‘대규모 수소저장 및 수송시스템’의 실증실험에서 소기의 성능을 확인했다. 이 법은 톨루엔의 수소화 반응을 통해 수소를 톨루엔에 화학적으로 부가, 상온 및 상압의 메틸시클로헥산(MCH)으로 전환해 수소의 저장 수송을 안전하게 실시하는 방법이다. 사용 장소에서 탈수소 반응을 통해 수소를 추출, 생성한 톨루엔은 수소 캐리어로서 회수·재활용할 수 있기 때문에 수소를 대량 수송하거나 장기 저장할 수 있다.

FCV 보급을 강력하게 지지하는 새로운 시험도 주목받고 있다. 동일본 대지진 피해 복구에 한창인 이와테현 미야코시에서는 목질 바이오매스 업체인 재팬블루에너지의 ‘블루타워’에서 전기와 열, 수소를 추출해 신산업 창출로 연결하는 사업에 민관이 앞장서고 있다.

목질 칩에서 메탄과 수소가 풍부한 바이오가스를 생성시켜 수소정제장치로 수소를 추출해 연료전지차의 연료로 이용하려는 것이다. 이 사업에는 도요타자동차도 참여해 수소의 ‘지산지소’화를 기대하고 있다. 이것이 가능해지면 수소 공급 인프라 정비 문제는 한번에 해소될 것이다.

이같은 움직임이 한층 본격화해 수소 사회로의 길이 열리면 수소센서 등 센서 디바이스와 그 주변 디바이스 수요가 높아질 것으로 보인다.

※ 지산지소(地産地消)

지역 주민이 자기 지역 생산물을 소비하는 방식.