바이오 연료와 수소생산

[사무국]

수학·물리·천문 분과 · 엄환섭

  오늘날 과학기술계의 대주제는 지구 온난화와 탄소 중립(Carbon Neutral)이다. 이미 지구 온난화로 인한 이상 기후변화로 태풍, 홍수, 가뭄, 산불 등이 세계 곳곳에서 일어나고 있어 농수산물 재배와 삶의 환경에 큰 피해를 일으키고 있다. 지금처럼 대기의 온도가 계속 올라간다면 2030년 이후에는 인류문명에 치명적인 기상 이변이 발생할 수도 있다. 대기 중의 이산화탄소(CO2) 농도가 증가하여 지구가 더워지는데, 인류가 화석연료를 사용하지만 않는다면 이 문제는 해결될 수 있다. 그래서 화석연료 대신 바이오 연료(Bio-Energy)를 사용할 것을 제안한다.

 지구상의 식물이 뿌리에서 물(H2O)을 흡수하고 대기 중에서 이산화탄소를 흡수하여 햇빛 에너지로 탄소 동화작용을 하여 탄화수소 화합물(바이오 연료)을 합성하고 산소를 배출한다. 이 과정에서 햇빛 에너지가 바이오 연료에 저장되고 이산화탄소가 산소로 탈바꿈 한다. 후에 이 바이오 연료는 저축된 햇빛 에너지를 제공하고 이산화탄소는 다시 대기로 돌아간다. 바이오 연료는 우리의 삶 공간에서 햇빛 에너지와 이산화탄소가 형태만 바꾸어 순환한다. 그래서 바이오 연료를 사용하면서 배출되는 이산화탄소는 탄소 중립으로 인정되어 미래 탄소세 징수에서 배제된다. 바이오 연료는 유기성 생활 폐기물을 포함한 다양한 형태로 분포되어 있으며 양 또한 지구상의 화석연료에 버금가게 많이 있다. 바이오 연료 몇 가지만 구체적으로 기술한다면 아열대 지방에서 쉽게 채취할 수 있는 팜유, 지구 환경을 오염하고 있는 폐플라스틱 폐비닐에서 추출한 기름, 음식물쓰레기 축산 분뇨 등에서 배출되는 유기성 폐기물 등이다.

 특히 우리 생활 환경을 심각하게 오염하는 음식물 쓰레기를 처리하여 수소를 발생하는 것을 분석해 보자. 음식물쓰레기에서 추출한 Oil은 이산화탄소 배출권이 허용되며 여기서 발생한 수소는 가장 청정한 에너지다, 따라서 이러한 개발은 일석삼조(一石三鳥)의 효과가 있다. 수소 차의 수소 충전소 설치를 목표로 한다면, 수증기 플라즈마-바이오 오일 개질로 시간당 300m3 의 수소를 생산하는 장비는 대당 14억 5천만 원이 될 것이다. 바이오 오일에서 수소 1kg이 발생하면 지구온난화지수 관점에서 CO2 20kg이 감소하는 효과가 있다. 바이오 오일 1kg 값 300원 전기 1kWh에 100원 그리고 수소 생산 장비값 인건비 등을 포함한 수소 1kg 생산가는 3,120원(2.5달러)으로 산출된다. 물론 수소 생산가는 바이오 오일값에 민감하다. 현대 수소 차 Nexo 연비는 96.2km/H2kg이며 바이오 오일 27.7kg 개질로 생산된 수소로 Nexo가 615km를 주행할 수 있다.

 탄소배출권은 미래에 모든 기업의 생사를 가름할 영향을 주게 된다. 탄소배출권은 국제 경제 상황에 따라 오르락내리락한다. 2022년 초 2월에는 톤당 약 50달러였다. 현재는 세계 경제가 침체상태라 탄소 배출권이 좀 떨어졌다. 그러나 탄소 중립(Carbon Neutral)을 2050년에 실현하겠다는 국제적 합의 때문에 2050년이 가까워질수록 탄소배출권이 상승할 것은 자명하다. 그러면 탄소배출권이 자동차 시장에 미치는 영향을 고찰해 보자. 현대는 디젤로 운행하는 투싼, 친환경 차인 넥쏘 수소 차 그리고 아이오닉 전기차를 생산하고 있다. 투싼에 비교할 때, 넥쏘나 아이오닉의 이산화탄소 연간 배출량 감소는 약 3톤이다. 세상에 1500만 대의 넥쏘와 아이오닉이 운행할 때, 이산화탄소 감축량은 4500만 톤이다. 미래에는 상승하겠지만 현재 탄소배출권 40달러로 고려해도 총탄소배출권은 (4500만톤)($40) = 18억 달러다. 이를 현재 환율로 계산하면 2조 6천억 원이다. 다시 말해서 현대가 투싼 대신에 친환경 차를 출시한다는 것만으로도 탄소 배출권에서 막대한 이익이 창출된다는 것을 예상할 수 있다.

필자소개 
미해상전술원구원 연구위원
M.I.T. 플라즈마 핵융합센터 객원연구원 
프린스톤 플라즈마 국립연구소 객원연구원
아주대학교 전임/석좌교수
고등기술원 플라즈마기술센터 센터장
광운대학교 전자바이오물리과 전임/석좌/객원교수