윤경용 페루 산마틴대 석좌교수
출처: 내일신문 2022.04.06
http://www.naeil.com/news_view/?id_art=419332
미래의 에너지, 메탄올에 주목하라 (일부발췌)
생명은 탄소에서 비롯되었고 에너지는 수소로부터 시작된다.
생명이 어디에서 왔는가에 대한 이론들은 각론에서는 이견이 많지만 대체적으로 유기화합물에서 비롯되었다는 결론에는 동의한다. 유기화합물이란 탄소를 포함한 화합물의 통칭이자 생명체를 구성하는 기본물질이기 때문에 생명은 탄소에서 비롯되었다고 보는 것이다.
태양은 수소 핵융합으로 에너지를 만들어낸다. 이산화탄소는 수소와 결합돼 탄수화물로 바뀌고 생명체는 탄수화물로부터 에너지를 얻어 살아간다. 이처럼 수소를 통해 동물과 식물이 에너지 순환을 이루는 것이 자연의 섭리다.
지구상 존재하는 에너지도 수소가 기반
수소는 에너지의 원천인 태양의 원료인 셈인데 지구상에 존재하는 에너지 또한 수소가 기반이다. 즉 수소에 탄소를 한개 더하면 메탄올, 두개를 더하면 에탄올, 세개를 더하면 프로판, 네개를 더하면 부탄이 된다. 나아가 여덟개를 더하면 옥탄(휘발유)이 되고, 열여섯개를 더하면 경유가 된다. 결론적으로 우리가 쓰는 에너지는 모두 수소가 기반인 셈이다.
그렇다면 수소는 어떻게 생산하는 것일까? 정유에서 얻는 나프타 분해과정에서 부수적으로 얻거나, 천연가스 수증기개질을 통해 얻거나, 물을 전기분해하는 수전해를 통해 얻는다. 수소도 등급이 있어서 생산방식과 친환경성에 따라 그레이수소 블루수소 그린수소로 구분된다. 지금은 생소하지만 이 단어들은 머지않아 일상적인 단어가 될 것이다.
현재 생산되는 수소의 96%는 화석연료로부터 나오는 '그레이수소'다. 이는 천연가스인 메탄에서 수증기 촉매로 수소를 얻어내는데 이때 이산화탄소가 수소보다 10배가 많이 배출되므로 그레이수소라 한다. '블루수소'는 그레이수소와 생산방식은 동일하지만 생산과정에서 배출되는 이산화탄소를 탄소포집장치(CCS)로 낚아채 배출량을 줄인 것이다. '그린수소'는 태양광·풍력 같은 신재생에너지를 통해 얻은 전기로 물을 분해해 수소를 분리하므로 이산화탄소 배출이 없어 '이상적인 친환경 수소'로 불린다.
수소는 기체상태로 탱크에 저장되는데 낮은 밀도 때문에 보통은 기압의 수백 ~ 천배나 되는 고압으로 압축해야 하므로 매우 위험하다. 수소를 액체로 만들면 기체보다 2배 많은 양을 저장할 수 있으나 영하 253℃에서 액화되므로 보관 운송을 위해서는 특수 용기와 많은 비용이 소요된다. 이런 수소의 특성이 오히려 수소경제의 발목을 잡고 있는 형국이다.
다가올 메탄올 경제 시대 대비를
그래서 수소를 가장 안전하고 쉽고 저렴하게 보관하는 방법은 바로 탄소 하나를 더하면 만들어지는 메탄올로 바꾸는 것이다.
메탄올은 상온보관이 가능하고 같은 부피의 액화수소보다 더 많은 수소를 함유하며 휘발유·경유에 비해 저공해 연료이기 때문에 석유 대체에너지로 부상하고 있다. 실제 메탄올이 내연기관에 적용되면 탄소 배출량이 휘발유 대비 17배, 경유 대비 22배 낮아진다. 나아가 직접메탄올연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell)를 통해 발전을 하면 탄소가 배출되지 않아 진정한 탄소중립을 이룰 수 있다.
생명의 근원인 탄소를 중립으로 만들어야 하는 이유는 탄소로 인한 급속한 기후변화 때문이다. 그러므로 수소기반 연료이며 가장 저탄소 연료인 메탄올은 미래의 에너지원으로 기대되는 만큼 이제는 전체적인 관점에서 자원생산 및 이용 흐름에 세심한 주의를 기울여 다가오는 '메탄올 경제 시대'를 대비해야 한다.