수소(Hydrogen)
지구상에서 가장 가볍고 가장 풍부한 원소. 원소기호 H, 원자번호 1인 주기율표의 첫 번째 화학원소다.
연소 시 온실가스를 배출하지 않아 차세대 친환경 에너지원으로 주목받고 있다.
우주에서 가장 흔한 원소, 수소
우주 질량의 75%를 차지할 정도로 풍부하고 흔한 원소인 수소는 무색, 무취, 무미의 가벼운 기체입니다.
자연 상태에서는 독립적으로 존재하지 않고 대부분 여러 가지 원소와 결합한 화합물 형태로 존재합니다.
수소(水素, Hydrogen)는 이름에서 볼 수 있다시피 ‘물의 근원’이라는 의미를 가졌지만
물에만 존재하는 것은 아닙니다. 공기 중에도, 천연가스 안에도, 석유에도 존재합니다.
수소를 에너지원으로 쓰려면 다른 화합물에서 수소를 분리하는 과정이 선행되어야 합니다.
수소를 얻는 방법은 크게 세 가지가 있습니다. 물을 전기로 분해하는 방법(Electrolysis),
천연가스와 같은 화합물을 개질(Reform)하는 방법, 그리고 석유화학공정에서 부차적으로
발생(byproduct)하는 수소를 활용하는 방법입니다.
수소 생산과정 및 원료에 따라 컬러로 구분하기도 합니다. 다양한 컬러로 불리는 수소가 궁금하다면?
액화수소 vs 기체수소
수소는 상온에서 기체 상태로 존재합니다. 이 기체수소를 영하 253℃로 냉각시키면
액체 형태로 변하는 데 이를 액화수소라고 부릅니다.
천연가스를 냉각(-162℃)해 액화한 LNG와 유사한 원리라고 할 수 있습니다.
액화수소는 기체수소일 때와 비교해 부피가 800분의 1로 줄어듭니다.
당연히 같은 공간에 더 많은 수소를 저장할 수 있고, 한 번에 더 많은 양의 수소를 옮길 수 있는 등
수송과 보관에 유리합니다. 기체수소 운송시 고압압축이 필요한 반면, 이미 부피가 줄어든 액화수소는
대기압과 유사한 수준에서 저장·운송이 이루어지기 때문에 안전성 측면의 이점도 있습니다.
따라서 소규모 장거리 분산 수요의 경우 액화수소 운송 방식이 효율적이고 경제적일 것으로 기대됩니다.
반대로 수소 생산지 인근에 수소 연료전지 발전소나 산업체 등 대규모 수요처가 있다면
파이프라인을 통한 기체 수소 운송이 유리한 경우도 있습니다.
수소가 차세대 에너지원으로 주목받는 이유는?
화석연료가 연소하며 온실가스를 배출하는데 비해, 수소는 에너지를 생성하는 과정에서
배출하는 온실가스가 ‘제로(0)’이기 때문에 친환경적인 에너지원으로 각광받고 있습니다.
수소의 특성을 활용해 수소를 주요 에너지원으로 사용하는 경제 산업구조를 ‘수소 경제’라고 부릅니다.
전 세계의 수소경제는 아직 태동기로, 수소경제 활성화를 통한 친환경 에너지 생산, 유통, 활용 등
전 단계에 걸쳐 인프라를 마련하고 활용처를 넓히는 등의 노력이 진행되고 있습니다.
우리나라 또한 2019년 1월 ‘수소경제 활성화 로드맵’ 발표 이후 세계 최초로 수소법을 제정・시행하고
‘제1차 수소경제 이행 기본계획’을 수립하며 수소 선도국가 비전과 2050 탄소중립 시나리오 달성을 위해
많은 투자와 노력을 기울이고 있습니다.
SK E&S는 탄소중립 시대에 온실가스 감축을 위한 책임 있는 에너지 회사로서 수소의 생산부터 유통,
소비에 이르는 수소 밸류체인을 구축하고 수소경제시대를 주도해 나간다는 계획입니다.
2023년 연 3만 톤 규모의 액화수소 생산 플랜트 가동을 시작으로, 2025년부터는 친환경 블루수소
연 25만 톤을 생산할 계획입니다. 국내외 수소 전문기업들과의 협력도 활발히 진행중에 있습니다.
수소충전소 구축 등 유통분야와 수소 연료전지 발전소 및 수소차·수소드론 등 모빌리티 분야의
활용처 확대는 물론 미국의 플러그파워(Plug Power)社와 함께 중국, 베트남 등 아시아 시장으로도
보폭을 넓힐 계획입니다.
수소(Hydrogen)와 실질적 사용
에너지 운반체로서 수소의 사용은 장기적으로 여러 산업 분야를 혁신하고 기후 중립으로
나아갈 수 있는 잠재력이 있습니다. 하지만 이를 위해서는 효율적인 기술이 필요합니다.
목적지까지 운송된 수소에 산소를 추가해 수소를 다시 물로 변환시켜 전기와 열을 생성합니다.
미래의 모빌리티, 주택 및 상업용 건물 난방, 산업 분야에서 사용할 수 있는 에너지를 생성합니다.
수소 연료 전지
연료전지는 수소와 산소가 물로 변환될 때에 전기와 열을 발생시키기 때문에
수소 사용의 보급을 위해서는 안전하고 효과적인 연료 전지 기술이 필요합니다.
전적으로 재생 가능한 에너지원에서 생산된 그린 수소로 변환이 되면 기후 중립 수소 시스템입니다.
기후 중립 수소에 대한 인증으로 기후 친화적인 수소의 생산 및 사용에 대해 투명하게 문서화할 수 있습니다.
수소 연료 전지 기술의 작동 원리는 비교적 간단합니다.
수소의 화학 에너지는 중간 단계 없이 전기 에너지로 직접 변환됩니다.
연료 전지 기술은 가정의 전기 공급부터 도로, 철도, 해상, 항공을 통한 운송 및 인트라 로지스틱스
(intralogistics)에 대한 기후 중립 차량까지 광범위한 잠재적 응용 분야에 열려 있습니다.
운송, 물류 등을 위한 에너지원
연료 전지 기술의 장점은 배터리 구동 전기모터가 장착된 차량을 효율적이고 수익성 있게
사용할 수 없을 때 특히 부각됩니다. 비교적 짧은 충전 또는 연료 보급 시간과 가벼운 무게로 인해
연료 전지는 더 먼 거리를 더 자주 처리해야 할 때 이상적입니다.
따라서 수소의 이용은 특히 다음과 같은 경우 유용합니다.
지역 대중교통 버스
산업용 트럭 및 도로의 화물 운송
사내 물류
연료 전지 열차를 통한 철도 운송
수소는 모빌리티의 대체 드라이브 기술로 사용될 수 있습니다.
전기 및 열 생산을 위한 수소
전기와 열을 생성하기 위해 수소를 사용하는 것은 이미 여러 국가에서 구현된 프로세스이며
기존 천연가스 인프라를 효율적으로 사용할 수 있습니다.
하지만 기존 전력 및 열 발전기는 수소와 호환 가능하도록 변경되어야 합니다.
그러면 효율적으로 전기와 열을 발생시킬 수 있습니다.
특수 수소 버너가 개발되고 향상되면 프로세스는 더 효율적이게 됩니다.
산업에서의 수소 사용
산업 분야는 수소 사용이 가장 많은 곳입니다.
수소는 철강과 금속 가공업, 전기∙화학∙제약 산업, 전력 발전 등 광범위한 분야에서 사용됩니다.
따라서 화석 연료에서 생성되는 수소가 그린 수소로 대체된다면 산업 분야의 이산화탄소
배출량을 크게 줄일 수 있습니다.
많은 혁신적인 기술 개발은 아직 적용 초기 단계에 있습니다. 하지만 표준화되고
더 큰 규모에서 사용될수록 수소를 더 효율적으로 사용할 수 있습니다.
기후 중립을 위한 그린 수소
현재 화학 산업에서 수소가 가장 많이 사용됩니다. 제조 산업의 탄소 줄이기, 지속 가능한 모빌리티 및
운송 컨셉, 지속 가능한 수소 경제, 지속 가능한 에너지원으로의 성공적인 전환 등 더 큰 규모의 수소
사용에 미래가 달려 있습니다.
이러한 전환을 위해 우선 필요한 것은 재생 가능한 에너지원에서
기후 중립적인 방식으로 생성된 그린 수소입니다. 전 세계적으로 수소 기술의 광범위한 구현과
비용 효율적인 사용을 위해서는 강력하고 효율적인 공급 인프라를 구축하는 것이 필요합니다.
TUV 라인란드는 기후 중립적인 수소 생산, 운송, 사용에 대한 독립적인 검증을 제공하는
그린 수소 인증과 같은 다양한 방법으로 지원하고 있습니다.
TUV 라인란드의 서비스 범위
TUV 라인란드는 에너지 공급업체, 운송업체, 자동차 및 상용차 산업, 화학 및 철강 산업,
제조 부문 및 기타 기업이 재생 가능한 에너지원으로 전환하고 친환경 에너지 운반체를
안전하게 사용할 수 있도록 지원합니다.
모빌리티 분야 형식 시험/승인/인증
운송 업체의 작업장 적합성 시험 및 인증
가스 기기의 필드 시험 및 형식 검사
에너지 시설의 수소 내성 및 공장 현장의 자체 파이프라인에 대한 적합성 시험
최종 사용자의 가스 기기 사용성 검사 및 누출 시험
직원 및 유지 보수 업체 교육
최첨단 안전 분석 및 방폭 문서 개발
작업자 안전 관리 지원 (위험/화재/방폭)
대체 시험 컨셉 개발과 관련된 방폭 시험 및 기타 법적 요구사항
기후 중립 및 그린 수소 인증
대체 드라이브 기술에 대한 TUV 라인란드 역량센터의 수소 전문성.