[decarbonisation에서 수소가 중요하게 부각하네요]
https://www.facebook.com/KIM.Seokhyeon.ik/posts/2371862962825532
Economist 최근호(11/29일자)가 decarbonisation을 주제로 quarterly tech report를 냈어요. 많이 다뤄지는 주제라서 이미 알고 있는 바가 아닐까 싶었는데 읽어보니 제가 모르는 게 이미 많더라구요. 한국에서도 에너지는 많이 다뤄지는 주제인데도 그냥 떠도는 얘기들을 듣는 정도로는 역시 정보 gap이 많다는 게 보여요. 에너지 분야는 시스템적이라서 넓기도 하고 그리고 기술 심도도 높아서 깊기도 한데, 한국의 미디어 들에서 제대로 에너지를 다루기가 쉽지 않죠. 그리고 에너지가 대단히 다학제적인데, 한국에서 에너지 분야에 있다고 해도 자기가 하는 것만 알기 쉽상이구요. 그래서 아래 Economist 기획기사가 도움이 많이 되죠. 그리고 Economist의 과학기술 기사는 수준도 높지만 그게 현실생활의 활용이라는 관점에서 기사를 쓰기 때문에 기술에 빠지지 않고 기술을 보는 장점이 있어요. 보다 현실화된 기술에 더 초점을 두고 있구요.
기사들에서 크게 탈탄소에서 제시하는 도구는 전기배터리, 탄소포집, 그리고 수소인데, 전반적으로 수소에 대한 비중이 높고, 수소에서 기술 업데이트가 많이 이뤄지고 있고 활용성도 넓어지고 있는 게 보이네요.
수소가 탈탄소에서 중요한 역할을 하려면 현재 수소생산의 95%를 차지하는 SMR(steam-methane reforming)인데 이쪽은 탄소가 같이 만들어지니 이것도 효율성이 높아지기는 해야겠지만 현재 5%밖에 안되는 전기분해 방식에서의 수소 생산이 관건이고 화룡점정이죠. 전기분해 방식에서 전기가 수소의 생산비용의 75%를 차지한다는 거에요. 그래서 전기가 싸지는 게 관건인데, 여기서 요즘 재생에너지의 가격이 계속 떨어진다는 거에요. 기사에서 제시한 바에 따르면 재생전기의 가격이 $30 a megawatt-hour라고 한다면 수소의 생산비용이 $2 per kilo 이고 그래서 SMR 과 얼추 비슷해진다는 것이죠. 그리고 electrolyte 의 생산도 많아지면서 그 단위 가격도 떨어뜨려진다고 하니 전기분해 방식으로 수소를 만들어내는 게 그다지 비현실적인 게 아닌 것이죠.
이렇게 전기분해 방식으로 수소를 만들어내는 게 경제성이 있다면, 수소는 탄소를 대체하는 중요한 미디엄이 되는 것이죠. Economist는 배터리는 grid에서 직접 전기를 받는 것이고, 수소는 점점 더 풍부하고 값이 싸지는 재생에너지를 투입해서 전기분해로 생산해내고 이 수소가 각종 전기를 필요로 하는 분야에 투입되는 것이죠. 저는 배터리외에 에너지를 보관할 수 있는 미디엄이 필요하다고 보는 게 전기는 보관성이 당연히 떨어지거든요. 전기는 흐를 때가 가장 효율적이죠. 그래서 수소가 탄소를 대신해서 에너지를 물리적으로 보관하는 효율적인 미디엄이 되는 것이죠.
수소의 활용 또는 이동도 그 폭이 넓어지고 있네요. 일련의 기사들에 제시된 바는, 영국에서는 natural gas 대신에 그 파이프를 이용해서 low carbon hydrogen을 보내는 것도 시험하고 있다고 해요. SMR 방식을 쓰면서 이산화탄소는 포집하구요. 그리고 수소와 다른 기체 개스를 결합해서 이동성도 높이고 다시 연료도 만드는 것도 많이 하네요. 일본은 호주에서 수소를 운반하기 위해서 암모니아를 만들고(비료 만들 때 등장하는 하버-보쉬 프로세스네요) 이것을 액화시켜 운반한다고도 하구요(아직은 LNG 선같은 액화 수소 운반 배는 없고 액화수소를 파이프로 보내는 것은 훨씬 가격이 높다고 하네요). 그리고 수소와 탄소포집을 결합시키는 시도도 있어서 포집된 탄소에서 일산화탄소를 만들고 이를 수소랑 결합시켜서 항공유를 만들기도 하는 것이죠(물론 재생에너지가 싸야죠).
수소를 만들고 운반하는 것은 에너지 소비가 많아서 재생에너지가 풍부하고 싸게 공급되는 시대에 빛을 보는 것이죠. 수소를 에너지로 쓴 게 아주 생소한 것은 아닌 게, 옛날에 비행정이라고 하는 게 수소를 써서 실제 승객 운송도 했죠. 그런데 비행정 폭발 사고가 강렬한 부정적인 이미지를 남겼던 것처럼 안전하게 수소를 관리할려면 역시 비용 또는 에너지가 많이 들죠. 그런데 이제 재생에너지가 싸게 공급되고 경우에 따라서는 불필요하게 많이 공급되죠(그리드가 감당하기 힘들게). 이런 상황에서는 수소를 생산하는데 쓰는 것이고 그래서 재생에너지와 수소가 서로 궁합이 잘 맞는 거에요. 재생에너지가 너무 많을 때 그리드로 보내는 것보다는 수소 생산에 쓰게 하고, 어쩌면 , 재생에너지는 수소 생산에 특화하는 것도 충분히 생각해볼 수 있거든요.
에너지 비용이 싸지는 것은 축복이에요. 에너지가 비싸서 할 수 없는 것들이 많았거든요. 그동안은 제한된 자원인 화석에너지에 주로 의존해야 해서 에너지를 아껴야 했지만 이제는 재생에너지가 비중이 커지면 에너지를 더 풍부하게 싸게 쓰는 시대가 되는 것이죠. 그러면 세상이 또 크게 변모하게 되는 것이구요. 그래서 '에너지 절약'를 목표로 하기 보다는(물론 건물 단열과 같은 에너지 절약은 해야죠), 에너지를 보다 많이 싸게 생산해서 인류의 복지에 활용해야 맞죠. 물 문제만 해도 에너지 문제이거든요. 에너지가 싸면 바닷물로도 얼마든지 만들어낼 수 있는 것이니까요.
--인용
Start with hydrogen’s main drawback: it has to be manufactured. On Earth it is rarely found in isolation, instead forming compounds like natural gas and water. About 95% of today’s industrial hydrogen comes from fossil fuels. The most common method of making it is steam-methane reforming (smr), which uses a catalyst to separate hydrogen from natural gas and steam. This method is used extensively in the chemicals industry but produces lots of carbon dioxide, which needs to be captured if hydrogen is to be produced with low emissions (see diagram).
The cleaner way is to use zero-carbon electricity to run electrolysers that split water into hydrogen and oxygen. This is a power-hungry process. For every unit of energy used, only 0.8 units of hydrogen is produced. So the cost of electricity is crucial, accounting for perhaps three-quarters of the price of hydrogen. And the price of emitting CO2 is negligible (at least until governments make it more realistic) giving smr a big advantage. But the paltry share of hydrogen produced by electrolysis is expected to grow because the more renewables are installed, the more prices drop. The iea says that recent renewables auctions in places like Chile and Morocco suggest power prices of about $30 a megawatt-hour. At that price, hydrogen could be produced at $2 per kilo, making it competitive with smr, which costs $1-3 per kilo.