[CEO칼럼] ​잉여생산분 재생에너지를 활용한 수소 생산과 이용

이종환 한국전력공사 기술혁신본부장

 

수소는 '물 수(水)'와 '바탕 소(素)'가 합쳐져 만들어진, 말 그대로 '물의 바탕'이다.

물(H2O)은 수소(H) 원자 2개와 산소(O) 원자 1개가 결합해 만들어진다. 수소를 태우면(산화시키면) 물이 나온다. 수소의 영어식 표현인 하이드로젠(hydrogen)은 그리스어로 물이라는 뜻의 '히드로(Hydro)'와 '생성한다'는 뜻의 '제나오(gennao)'가 합쳐진 말이다.

사실 우리 주변 실생활 속에서 수소를 활용한다고 하면 흔히 '수소 전기차'만 떠올리기 쉽다. 하지만 수소는 운송수단뿐만 아니라 발전·건물·산업용 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 수 있다.

전 세계가 수소에 집중하는 이유는 환경을 우선 꼽는다. 왜냐하면 수소가 기후변화 대응에 적합한 친환경 에너지원이면서 부가가치와 일자리 창출의 새로운 성장동력이기 때문이다.

이에 따라 정부도 2018년 8월 '혁신성장 전략투자 방향'에서 수소경제를 3대 전략 투자 분야로 선정한 이후 2019년 1월 '수소경제 활성화 로드맵' 발표를 통해 전기분해를 이용, 물에서 수소를 생산하는 기술인 수전해 등 'CO2 Free 그린 수소' 비중의 확대, 전국적인 파이프라인 공급망 구축, 수송 분야 및 전기·열 생산 등 에너지 분야 신시장 창출, 친환경 에너지 확산과 에너지원 다각화 등 수소경제 선도 국가를 향한 확고한 의지를 표명하고 있다.

그동안 정부는 지구 온난화 억제 시나리오를 달성하고 에너지 관련 이산화탄소 배출량 감소를 위해 신재생에너지 보급 및 확대에 중점을 두고 추진해 왔으나 이는 또 다른 문제점을 발생시킬 것으로 예상된다. 왜냐하면 날씨 변화에 따라 변동성이 큰 풍력·태양광의 신재생발전량이 전체의 10~20% 이상을 차지하게 될 경우, 햇빛이나 바람이 좋은 날 전력수요 대비 초과 발전이 발생해 계통 운영에 문제점을 발생시키기 때문이다. 이러한 현상은 독일을 중심으로 유럽지역 전력계통 시스템에서도 발생하고 있다.

이런 문제점을 해결하기 위해 한전은 신재생과 P2G(Power To Gas) 신기술을 접목해 남는 전력을 수전해를 통해 수소로 저장하고, 필요시 연료전지 등을 통해 전기에너지로 재생산이 가능한 'KEPCO Open MicroGrid 실증 프로젝트'를 추진할 예정이다. 이는 전력계통에서 수용할 수 없는 태양광 등의 초과 출력을 이용, 물을 전기분해해 수소(H2)를 생산하거나 생산된 수소를 이산화탄소(CO2)와 반응시켜 메탄(CH4) 등의 연료 형태로 저장·이용하는 기술이다.

이와 같이, P2G 시스템은 전기를 저장하는 수단인 양수발전이나 에너지저장장치(ESS)와 비슷하게 전력저장 시스템으로 활용될 수 있는 것으로, 전력계통에 여유가 있을 경우에는 풍력 및 태양광 발전량을 전력계통으로 투입하지만 전력계통이 포화될 경우(제약)에는 생산전력을 P2G에 투입해 수소를 생산하거나 이산화탄소와 반응시켜 메탄으로 변환돼 가스망(Grid)에 주입하게 된다. 또한 생산된 수소나 메탄을 연료전지(Fuel Cell)나 가스터빈 등의 발전연료로 사용하거나 수소전기차나 압축천연가스(CNG) 등의 수송연료로 사용할 수 있다.

한전은 P2G 기술을 활용해 신재생에너지와 전력계통을 조화롭게 연계함으로써 이산화탄소가 전혀 발생하지 않는 전기 생산·저장·이용 시스템을 구축, 미래 에너지 기술을 선도할 예정이다.