주거 생활에 수소에너지가 왜 필요할까
우리가 가정에서 사용하고 있는 전기는 대부분 발전소에서 송전 되어 온 것입니다. 화력 또는 수력, 원자력 발전소에서 만들어진 전기를 여러 먼 곳의 지역으로 보내기 위해서는 우선 고압의 전기를 변전소까지 보냅니다. 변전소에서는 가정에 사용하기 적당한 전기를 배전 변압기를 통해서 공급합니다. 발전을 통해 생산된 전기는 20kV 내외인데 전기는 전압이 높을수록 전류가 멀리 나갑니다. 또한, 높은 전압으로 전기를 멀리 보낼수록 중간에 손실되는 전류량이 적어져서 효율이 높아집니다.
하지만 이렇게 해도 발전소에서 생산된 전기가 송전선을 통해 일반 가정에 도달하는 동안 전기는 손실됩니다. 만약 각 가정에서 일정 부분 전기를 생산한다면 거대한 발전소 설비나 변전소, 변압기, 송전탑, 전봇대 등의 시설들을 운영하는데 드는 비용을 절감할 수 있으며 앞서 말했던 송전 손실도 최소화될 것입니다.
출처 | The NEED Project(National Energy Education Development Project)
가정에서 연료를 사용하는 발전기로 전기를 생산할 수도 있지만, 태양광 및 태양열 에너지, 풍력 에너지, 지열 에너지 등의 친환경 재생에너지를 활용하여 발전한다면 에너지 손실도 줄이고 환경 문제를 해결하는 데도 도움이 될 것입니다. 대표적인 예가 태양광발전인데 이미 태양광발전기를 설치한 주택들이 증가하고 있고 태양광발전의 비용도 점점 줄어들고 있어서 앞으로 더욱 확대될 것으로 여겨집니다.
태양광 주택은 태양광발전을 이용해 생산한 에너지를 2차전지에 저장해 놓았다가 필요할 때 사용합니다. 이때 2차전지 대신 수소를 에너지 저장용으로 이용하면, 친환경 태양광 그린 수소 신재생에너지 주택이 됩니다. 태양광으로 생산된 전기로 수소를 생산해 저장했다가 필요할 때마다 수소연료전지를 이용해 전기를 사용하는 것입니다.
출처 | hydrogenhouseproject.org
수소의 형태로 전기에너지를 저장하는 방법은 2차전지와 달리 화학변화에 영향을 크게 받지 않게 되므로 장기간 보관하여도 효율이 떨어지는 것을 막을 수 있습니다. 또한, 연료전지로 전기를 얻고 난 후에는 공해 물질 대신 순수한 물만 남기 때문에 환경보호에도 큰 효과가 있을 것입니다.
출처 : 라자드(Lazard)
태양이 떠 있는 낮에 전기를 생산했다가 저녁에 바로 사용할 수도 있고, 일조량이 풍부한 여름에 전기를 많이 생산하여 수소로 저장해 놨다가 일조량이 부족한 겨울에 사용할 수도 있습니다. 이뿐만이 아니라 수소자동차가 활성화된다면 저장된 수소를 수소자동차의 연료로 공급하여 사용할 수도 있습니다. 이렇게 된다면 주택에서 사용하는 거의 모든 에너지를 자급자족할 수 있습니다. 태양에너지를 가정에서 저장했다가 난방과 요리, 가전제품, 조명, 자동차 연료 등에 무제한으로 사용하고 공해 물질도 배출되지 않고 온실가스도 배출하지 않는다면 이것이 우리가 추구하는 수소 경제의 진정한 모습이 아닐까 합니다.
각국의 수소에너지 주거 프로젝트 현황
미국의 수소 하우스 프로젝트는 뉴저지주 페닝턴에 있는 상용으로 허가된 태양에너지 수소 온·오프 그리드 거주지입니다. 2006년 Mike Strizki는 거주하는 태양에너지 수소 집 ‘Hydrogen House’를 개발하여 국제적인 명성을 얻었습니다. Hydrogen House Project는 수질 정화를 위한 여과 기능을 포함하는 ‘OFF-GRID BOX’ 에너지 시스템을 갖춘 진정한 GREEN HOME입니다. 이 주택이 다른 태양에너지 주택과 다른 점은 그리드가 꺼져도 시스템을 최대한 활용하는 전력을 보유하고 있다는 점입니다. 이 주택은 청정 신재생에너지 기술을 사용할 뿐만 아니라 부산물로 순수한 물과 의료용 산소만을 생성하는 친환경 주택입니다.
영국 데번(Devon)에서는 유럽 독립형 태양에너지 수소 주택 프로젝트를 진행 중입니다. 이 프로젝트는 태양에너지 수소 전력을 통해 모든 자체 전력을 생성하는 방식의 단일 주택입니다. 태양광 어레이를 통하여 전기를 자체적으로 생산하고 수소 저장소를 통하여 전기를 무기한 저장할 수 있습니다. 이 프로젝트 하우스는 최종적으로 계획 허가를 받기까지 6년 반의 연구와 개발이 필요했으며, 더 넓은 시장에 적용하기 위한 테스트 케이스가 될 것입니다.
이탈리아의 프레타우(Prettau)에서는 이산화탄소를 배출하지 않는 에너지 자립형 수소 주택을 오픈하였는데 브루넥(Bruneck)의 GKN이 개발한 수소 시스템을 적용했습니다. 이 시스템은 생산된 전기에너지를 수소로 변환하여 저장하고 필요에 따라 다시 전기와 열로 변환합니다. 산악지역에 있는 이 주택에서는 수력 터빈에서 얻어지는 전력을 이용해 물을 전기분해하여 수소를 생산하고 금속 분말 수소저장기술을 사용하여 저장합니다. 건물에 필요한 에너지는 연료전지를 통해서 얻습니다.
금속수소화물은 벌크 금속에 원자 상태로 수소를 저장하며 다른 저장 방식과는 달리 물리적으로 고체 형상을 하게 됩니다. 금속수소화물은 대량의 수소를 저장하는 장점이 있으나 낮은 중량 저장 밀도로 인해 차량용 수소저장 물질로는 사용이 제한적입니다. 하지만 주택에서의 경우는 안전하게 대용량으로 저장하는 방법으로 활용될 수 있습니다.
한국의 국토교통부는 2019년 10월 10일 국무총리 주재로 열린 국정현안점검조정회의에서 한 도시 안에서 수소의 생산·저장·이송·활용이 모두 이루어지는 ‘수소 생태계’를 갖춘 ‘수소 시범 도시 추진 전략’을 발표했습니다. 수소 시범 도시에는 수소를 에너지원으로 삼는 공동주택(연료전지 440㎾급 설치), 상업빌딩(100㎾급), 통합운영플랫폼(센터), 수소 배관, 도시가스 추출기 등이 들어서게 됩니다.
시범 도시의 공동주택 단지, 개별 건축물은 수소를 냉·난방, 전기 등 에너지원으로 사용하게 됩니다. 도시 내 수소에너지 기반 교통체계도 구축되는데 이를 위해 복합환승센터, 주차장, 버스 차고지 등에는 수소차·수소 버스 충전소가 설치됩니다. 통합운영센터는 해당 시범 도시의 수소 공급·저장·이송 현황, 안전성 등을 실시간으로 모니터링(감시)·관리합니다. 폭발 위험이 있는 수소를 에너지원으로 사용하는 데 따른 안전 대책도 마련됩니다. 사고가 나면 시스템이 자동 정지되는 안전제어시스템을 의무적으로 갖춰야 합니다.
한국 국토교통부는 이들 수소 시범 도시의 조성 완료 시점을 2022년으로 예상합니다. 로드맵(정책 일정)상 시범 도시 사업 이후 2030년까지 ‘수소 도시 확장기’에는 전국 지자체(시·군·구)의 10%를 수소 도시로 바꾼다는 것이 정부의 목표입니다. 이 시점에는 수소차와 수소 버스도 각 14만750대, 2천100대가 운행되게 됩니다.
수소 수급 여건에 따라 도시 내 3~10km² 범위 시범도시로 지정 / *수소 공급·저장·이송 현황, 안정성 등 실시간 모니터링(감시) ·관리
출처 | 한국 국토교통부
수소에너지를 이용한 주택을 만들 때 태양광, 수력, 풍력 등 여러 재생에너지를 활용할 수 있겠지만 가장 활성화될 수 있는 것은 지역 조건에서 조금 더 자유로운 태양광발전일 것입니다. 이에 토탈 에너지 솔루션 기업 한화큐셀에게 수소 도시 사업은 한 번쯤 눈여겨볼 만한 사업 영역입니다. 태양광 어레이 및 솔루션 공급을 주도할 수도 있으며 수소 사업에 직접 참여하여 수소연료전지 혹은 수소분해 및 저장 장치를 개발공급 하거나 수소저장 유닛이 개발될 경우 수소연료를 유통할 수도 있을 것입니다.
주택과 주거 생활은 우리 삶에 있어서 큰 부분을 차지하므로 수소에너지의 주거 생활 이용은 경제적으로나 사회적으로나 매우 중요한 이슈입니다. 또한, 수소에너지 관련 사업은 어느 한 가지 분야가 아닌 우리 생활 전반에 관여하고 기여하는 만큼 앞으로의 수소 경제 발전 가능성은 무궁무진할 것입니다.
