[이슈 리포트]태양광보다 60% 저렴한데···'원전 수소' 쏙 빠진 수소경제 로드맵
주한규 서울대 원자핵공학과 교수
재생에너지 기반 청정수소 생산계획
대규모 에너지저장장치 설치 필수적
㎏당 단가 1만원···목표가 두배 넘어
해외생산도 비용 부담에 현실성 낮아
원자력 사용땐 전기 상시 공급 가능
ESS 필요없이 ㎏당 3800원에 생산
고온증기 전해 방식 도입땐 더 싸져
에너지안보 차원 기술개발 지원 시급
9일 정부가 수소경제위원회를 개최하고 청정수소 공급과 수소산업 육성에 관한 국정과제를 제시했다. 이 과제에는 수소의 대규모 공급, 다각적 이용, 관련 기술 개발에 대한 광범위한 계획이 포함됐다. 그런데 막상 제일 중요한 수소 생산에 관한 계획은 허술하다.
생산 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않고 만들어야 하는 청정수소는 물의 전기분해, 즉 수전해를 통해 생산할 수 있다. 이에 필요한 전기는 재생에너지로부터 싸게 조달할 수 있다는 믿음이 세계적으로 퍼져 있다. 정부도 이러한 믿음을 바탕으로 국내에서 그린수소, 즉 재생에너지 기반의 수소 생산을 확대하고 해외 재생에너지로 생산한 수소를 대규모로 도입한다는 막연한 계획을 제시했다. 여기에 더해 중동 지역에서 천연가스 증기 개질로 수소를 생산하고 이에 수반돼 발생하는 이산화탄소는 포집해 지하 처분하는 CCS(Carbon Capture & Storage) 방식의 블루수소 도입 계획을 추가했다. 원자력 전기를 이용한 수소 생산에 대해서는 원론적인 언급만 돼 있다.
수송 비용 눈덩이···해외생산 수소의 한계
이런 전망 때문에 정부는 호주 등 해외에서 재생에너지로 싸게 생산한 수소를 대규모로 도입할 계획(2019년 기준)을 세웠다. 그러나 태양광 전력 비용이 우리나라의 반도 안 될 만큼 싼 호주 같은 나라에서도 수전해 설비가 ESS와 병행 운용돼야 함을 고려하면 수소 생산 단가가 낙관적 전망대로 ㎏당 2달러 이하로 되기는 어렵다. 더군다나 수소를 수송하려면 수소 기체를 액화가 용이한 암모니아로 변환·액화시켜 선박으로 운송한 후 수소를 추출해 사용해야 한다. 이 과정에는 변환 비용, 운송 비용, 추출 비용이 추가로 들어간다. 해외 수소도 정부의 2040년 수소 공급 단가 목표인 ㎏당 3000원은커녕 4000원도 달성하기 힘들 것으로 전망된다.
고온 증기 전해 방식은 전기 외에 고온의 열에너지를 추가로 공급해줘야 하는데 고온 증기를 생성해 터빈을 돌려 발전하는 원전이 이에 적합한 에너지원이 될 수 있다. 원전의 증기 발생기에서 일부 증기를 우회시켜 수전해 장치로 들어갈 물을 가열해 증기로 만들어 공급하는 방식으로 고온 증기 전해를 하는 방안에 대해 이미 미국 아이다호국립연구소(INL)가 연구를 진행하고 있다. INL의 연구에 따르면 우회시켜야 할 증기 발생기 증기의 양은 전체의 3.2%에 불과하다. 이렇게 증기를 적게 공급해도 되는 것은 SOEC에서는 수소와 산소가 고온의 기체로 생성되기에 이들 기체의 열을 이용해 원료 증기를 가열할 수 있으므로 외부 열공급을 그만큼 줄여 줄 수 있기 때문이다. 따라서 적은 양의 증기를 우회시키는 원전의 운영 방식 변경은 안전 계통에 큰 부담을 주지 않고 할 수 있는 것이다.
원전의 경우 전기를 상시 공급할 수 있으므로 ESS가 전혀 필요하지 않고 전력 단가가 매우 저렴하므로 기존의 저온수전해 방식을 쓰더라도 ㎏당 3800원 선에서 수소를 생산할 수 있다. 향후 저온수전해 설비의 성능이 향상돼 가격이 하락하면 3400원까지도 내려갈 수 있다. 그러나 수소 생산 단가를 3000원 이하로 하기 위해서는 효율이 더 높은 고온 증기 전해 방식을 도입해야 한다.
주한규 교수는···한국공학한림원 정회원이자 미국원자력학회 석학회원으로 국내 원자력 학계 권위자다. 특히 서울대 원자력정책센터장으로 지난 5년간 탈원전 정책을 추진하는 문재인 정부에 의연히 맞서는 선봉장 역할을 자처했다. 주 교수는 지난해 7월 윤석열 대통령이 대선 출마 결심을 한 후 제일 처음 찾아가 만난 외부 인사로도 유명하다. 지난 대선에서는 윤 대통령의 원자력·에너지 분야 공약을 입안했다.
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