지난해 8월 8일 오후 서울 상암동 평화의공원 안에 있는 서울에너지드림센터. <단비뉴스> 취재팀은 이 센터가 관장하는 '에코투어'를 체험하기 위해 대형버스에 올랐다. 에너지관리공단이 운영하는 이 센터는 에코투어 관람객을 수소연료전지버스에 태워 인근의 상암수소스테이션, 연료전지발전소, 마포자원회수시설 등을 돌며 친환경에너지 활용현황을 설명해 준다.
지난 1977년부터 15년간 서울 등 수도권 일대의 쓰레기를 매립했던 난지도에 2002년 월드컵공원이 조성된 후 상암동 일대는 수소연료전지를 포함한 친환경에너지의 실험장으로 변모하고 있다.
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▲ 서울에너지드림센터의 에코투어에 이용되는 수소연료전지버스. ⓒ 서울에너지드림센터
서울시 위탁으로 ㈜에코에너지홀딩스가 운영하는 상암수소스테이션은 난지도 땅 밑 쓰레기 더미에서 발생하는 메탄가스에서 수소를 추출한다. 메탄을 고농도로 압축한 뒤 섭씨 800도의 고온 수증기와 섞어 가열했다가 차갑게 식히는 과정을 거쳐 수소를 분리하는 것이다. 이렇게 만들어진 수소를 압축기로 350~700분의 1 부피로 줄인 뒤 탱크에 저장했다가 수소버스에 충전하거나 연료전지를 활용한 전력생산에 이용한다.
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▲ 서울에너지드림센터 1층 에너지드림관에 있는 수소연료전지 발전원리 체험코너. 가장 오른쪽의 '물을 전기분해시켜라'라고 쓰인 레버를 돌리면 왼쪽으로 한 단계씩 넘어간다. 수소이온이 전자로 분해되고, 전해질층을 통해 전기극으로 이동했다 외부회로를 따라 흘러 전류가 발생하고, 수소연료전지자동차 모형이 작동하는 것을 확인할 수 있다. ⓒ 신은정
수소 먹고 깨끗한 물만 내뱉는 연료전지
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▲ 상암수소스테이션의 수소충전기. ⓒ 서울에너지드림센터
상암수소스테이션에서 관람객들을 맞이한 이승민 운영소장은 "쓰레기에서 발생한 메탄가스를 정제해 95% 정도의 고농도 수소를 만든다"며 "이는 하루에 10~15대의 수소연료전지차를 충전할 수 있는 양"이라고 설명했다.
주 1회 15시간 동안 생산된 수소는 서울시에서 가동하는 연료전지차(버스 1대, 승용차 5대)를 충전하거나 상암수소스테이션 운영을 위한 전기를 생산하는 데 쓴다. 온실가스의 일종인 메탄을 분해해서 수소를 만들고, 이 수소로 연료전지를 가동해 차를 운행하거나 전기를 만드는 것이다.
수소를 이용한 차량운행과 발전 과정에서 배출되는 것은 깨끗한 물 뿐이기 때문에, 지구를 위협하는 기후변화를 막는 데 잠재적인 기여도가 매우 높다고 할 수 있다.
환경부에 따르면 6월 현재 시범 및 실증사업을 위해 우리나라에 설치된 수소스테이션은 13개다. 상암동 외에 서울 양재동 시민의숲, 대구 서변동 등에 설치, 운영되고 있다. 해외의 경우는 일본과 미국, 유럽국가 등에서 220여 개 정도가 가동되고 있다. 상암수소스테이션은 세계에서 유일하게 매립가스(LFG)에서 수소를 만들어 내고 있고, 나머지는 대부분 천연가스에서 수소를 만들어낸다.
그래서 지난 2011년 상암수소스테이션이 문을 연 후 미국과 일본, 중국과 유럽 각국 등 여러 나라의 공무원과 신재생에너지분야 종사자가 300명 이상 견학을 다녀갔다. 지난 3월 26일 개관 3주년에 집계된 전체 방문객 수는 1만 명을 넘어섰다고 한다.
이 소장은 이날 에코투어 참가자들에게 수소를 충전한 뒤 산소와 반응시켜 전기를 만들고 이 전기로 모터를 돌리는 수소연료전지차에 대해 자세히 설명했다. 3분 충전으로 600킬로미터(km)까지 주행할 수 있고 시속 160km까지 속력을 낼 수 있는 차가 나와 있다고 소개했다.
국내에선 현대자동차가 투싼 모델로 수소연료전지차를 만드는데, 2013년 덴마크에 15대를 수출한 후 2016년쯤의 대량생산을 목표로 하고 있다고 한다. 현대차는 그랜저와 소나타 같은 모델로도 수소연료전지차를 생산할 계획인데, 대량생산체제가 되면 현재 1억6000만 원 정도인 가격이 1억 원 이하로 내려갈 것으로 보고 있다. 시험 가동 중인 현대차의 수소버스는 대당 20억 원이나 하는데, 역시 대량생산체제가 되면 가격이 크게 내려갈 것이라고 이 소장은 덧붙였다.
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▲ 서울에너지드림센터에 전시된 연료전지 스택 내부 모형. 스택 안에서 수소와 산소가 어떻게 만나 전기를 발생시키는 지 볼 수 있다. ⓒ 신은정
충전소 늘리고 차량가격 낮추는 게 과제
서울시뿐 아니라 중앙정부도 수소경제시대에 대비하기 위해 세종시에 세계 최대 규모의 수소스테이션 구축을 추진 중이다. 지난해 3월 산업통상자원부가 주관하고 한국에너지기술평가원에서 공모한 '2013년도 에너지기술개발사업 중장기 신규대상과제'로 수소스테이션 사업이 최종 선정돼 3개년 계획으로 사업이 진행되고 있다.
제이엔케이(JNK)히터(주)가 주관하고 한국가스공사 등 8개 공공 및 민간기관이 협력하고 있다. 정부지원금 81억 원과 민간부담금 51억 원이 투입되는 이 스테이션은 2016년에 하루 150대의 수소연료전지차를 충전할 수 있는 규모로 가동될 전망이다. 정부는 2016년 무렵 국내에 약 400억 원, 전 세계적으로 약 2조 5000억 원 규모의 수소생산, 공급, 충전 등을 위한 시장이 형성될 것으로 보고 있다.
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▲ 수소연료전지자동차 구성도. 수소가 연료전지를 거쳐 만든 전기가 자동차의 모터를 돌린다. ⓒ 교통안전공단
미국시장조사기관인 파이크리서치(Pike Research)는 전 세계 수소연료전지차량 시장이 2014년 연간 1만 대, 2015년 5만7천대, 2020년에는 39만대 규모로 커져 2020년 누적판매량 120만대를 기록할 것으로 예상했다. 또 2025년경에는 수소연료전지차량이 광범위하게 활용될 것이라고 이 기관은 전망했다.
수소연료전지차량은 운행할 때 배기구로 순수한 물만 배출해 무공해라는 장점 외에도 킬로그램(kg)당 1만원 정도인 수소를 5분 정도 탱크에 충전하면 서울과 부산을 오갈 수 있을 정도로 연료비가 싸다는 게 장점이다. 현재의 수소가격을 기준으로 하면 연료비가 휘발유를 쓸 때의 절반 수준이다. 반면 아직 충전소 수가 부족하고 차량가격이 일반차량의 몇 배나 비싸다는 게 단점이다.
국내에서는 현대자동차가 지난해 2월 울산공장에 세계 최초로 수소연료전지차 생산체제를 갖췄고 덴마크, 스웨덴 등에 '투싼아이엑스(ix)'를 'ix35'라는 이름으로 시범 보급하는 사업에 참여해 왔다. 지난 10일에는 친환경 차량 선호도가 높은 미국 캘리포니아주에서 투싼의 판매를 시작했다. 현대차는 지난 5월 30일 2014 부산모터쇼에서 차세대 수소연료전지 콘셉트카인 '인트라도(Intrado)'를 아시아 최초로 소개하기도 했는데, 이 모델은 수소를 한 번 충전해서 최대 600㎞ 주행이 가능하다.
정부는 수소연료전지차 보급을 위해 구입 희망자에게 국비 6000만 원, 지자체예산 6000만 원 등 대당 1억2000만 원의 보조금을 지원하는데, 2020년까지는 공공기관 우선으로 보급할 계획이라고 환경부 교통환경과 김진희 주무관이 밝혔다.
시도 등 지자체가 구매할 경우 6000만 원의 보조금을 스스로 부담해야 하므로 승용차 1대당 9000만 원 정도의 비용이 드는 셈이다. 2014년 중 공공기관이 구매하기로 한 수소연료전지차는 총 33대다. 김 주무관은 "아직까지 보급 초기단계라 가격이 높아 환경부에서 예상했던 수요보다는 신청이 저조하다"고 말했다.
미국의 경우 수소연료전지차 보급에 가장 적극적인 캘리포니아 주정부가 수소충전소 건립을 위해 4700만 달러(약 480억 원)을 투자하기로 했으며, 2016년까지 50개 이상의 충전소에서 약 1만대의 수소연료전지차를 충전할 수 있도록 할 계획이라고 밝혔다.
수소 시대 앞당길 연구개발과 인프라 구축 필요
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▲ 대전 장동 한국에너지기술연구원의 천연가스 수증기 개질형 수소 충전소. ⓒ 신은정
수소연료전지차가 보편화하려면 가격을 획기적으로 낮출 수 있도록 기술개발이 이뤄져야 한다. 국내에서는 한국에너지기술연구원(KIER) 등에서 수소에너지와 연료전지를 포함한 신재생에너지 연구개발이 집중적으로 이뤄지고 있다.
한국에너지기술연구원 융합소재연구부 에너지소재센터 유지행 책임연구원은 "현재 수소를 얻는 방법 중에는 메탄이나 천연가스를 활용하는 게 가장 일반적이지만 수소를 연구하는 사람들의 꿈은 지구상에서 가장 풍부한 자원인 물에서 (경제적으로) 수소를 만들어내는 것"이라고 말했다.
또 수소는 에너지 저장매체로서 매우 유용하기 때문에 신재생에너지로 생산된 전기를 수소형태로 저장했다가 전력사용량이 많은 피크타임 때 사용할 수 있는 방법에 대한 연구도 집중적으로 이뤄지고 있다고 소개했다.
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▲ 한국에너지기술연구원의 수소 충전소. 현재는 실증이 끝나 사용하지 않는다. (좌) 천연가스 수증기 개질기. (우상) 수소압축실과 수소저장실. (우하) 고순도수소 생산을 위한 설비. ⓒ 신은정
세계 각국이 앞다퉈 기술개발에 나서고 있는 수소에너지 분야에서 우리나라가 경쟁력을 가지려면 정부가 종합적인 청사진을 갖고 보다 적극적인 지원책을 펴야 한다고 전문가들은 입을 모으고 있다.
한국가스공사 연구개발원의 이영철 수석연구원은 "수소연료전지차량의 대중화를 위해서는 차량 가격인하가 최우선 과제이며 충전소 등의 인프라 구성이 필요하다"며 "정부가 이를 위한 로드맵을 만들고 예산을 확보하며 전담 실행기관을 꾸려야 하고 에너지 관련업체들은 컨소시엄을 구성해 협력하는 게 바람직하다"고 지적했다. 이 연구원은 또 수소가격을 적정하게 책정하고 통제하는 것과 부품인증 등을 통해 수소설비의 안전성을 확보하는 노력도 필요하다고 덧붙였다.
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