수소, 지속가능한 에너지원인가?

환경과 미래 53호, 2005년 봄호

 

수소, 지속가능한 에너지원인가?

이수경(사무처장)

바야흐로 지속가능에너지 시대가 열리기는 열리나 보다. 산업자원부 자원정책실 원전사업기획단 산하에 신재생에너지과가 생기고, 한국원자력수력주식회사(이하 한수원)에도 신재생에너지실이 신설되는 등 정부와 한수원의 신재생에너지 개발 보급의지가 어느 때보다 높다. 정부는 2004년을 신재생에너지 원년으로 삼아, 태양광이나 풍력 등에도 집중지원을 시작하여 2011년에는 신재생에너지 강국이 되겠다고 한다.

2003년 우리나라의 대체에너지의 비율은 2.06%에 불과하다.(표1. 참조) 이는 뉴질랜드(2000, 33.3%), 덴마크(2000, 10.8%), 스위스(2000, 18.3%) 등에는 한참 못 미치고, 독일(2000년, 3.3%), 일본(2000년, 3.2%)의 2000년 수준에도 못 미친다. 그러나 대체에너지의 내용을 들여다보면 우리나라의 문제는 훨씬 심각하다. 2003년부터 대체에너지에 포함된 수력이 전체에너지에서 차지하는 비율은 0.569%(대체에너지 중 27.6%), 폐기물이 1.411%(68%)를 차지하고 재생에너지는 고작 0.08%(3.9%)에 불과하다.

이는 대체에너지 비중은 고작 1.1%지만 재생에너지는 0.7%(63.6%)인, OECD 국가중 대체에너지 비중이 최하위인, 영국에 비해서도 9분의 1에 불과하다.

우리나라 정부가 재생에너지에 대한 투자와 지원을 민간이 요청할 때마다 경제성을 내세우며 미적거리는 동안(표2 참조) 선진국들은 지원과 투자를 늘리며 재생에너지를 실현시켜왔다. 지난 10년간의 대체에너지 투자액은 일본의 1/10에 불과하고, R&D 투자액도 미국의 8%에 불과했다.

<표 1> 국가별 대체에너지보급 현황

구 분	년 도	대체에너지 공급비중(%)
		신․재생에너지	폐기물에너지	소 계	수 력	총 계
미 국	'00	3.3	0.5	3.8	1.0	4.8
	‘01	3.2	0.5	3.7	0.8	4.5
호 주	'00	4.5	0.2	4.7	1.3	6.0
	‘01	4.5	0.1	4.6	1.2	5.8
그 리 스	'00	3.9	0.2	4.1	1.2	5.3
	‘01	4.0	0.1	4.1	0.6	4.7
벨 기 에	'00	0.6	0.8	1.4	0.1	1.5
	‘01	0.9	0.7	1.6	0.1	1.7
캐 나 다	'00	4.5	-	4.5	12.2	16.7
	‘01	4.2	-	4.2	11.6	15.8
덴 마 크	'00	6.9	3.7	10.6	-	10.6
	‘01	7.3	3.8	11.1	-	11.1
프 랑 스	'00	3.8	0.8	4.6	2.2	6.8
	‘01	3.9	0.7	4.6	2.4	7.0
독 일	'00	1.8	0.7	2.5	0.6	3.1
	‘01	1.9	0.7	2.6	0.5	3.1
이탈리아	'00	2.8	0.3	3.1	2.2	5.3
	‘01	3.1	0.3	3.4	2.3	5.7
일 본	'00	1.6	0.2	1.8	1.4	3.2
	‘01	1.4	0.3	1.7	1.4	3.1
네덜란드	'00	1.0	1.1	2.1	-	2.1
	‘01	1.0	0.7	1.7	-	1.7
뉴질랜드	'00	16.8	2.0	18.8	11.8	30.6
	‘01	17.4	1.9	19.3	10.1	29.4
포르투갈	'00	8.0	0.8	8.8	3.9	12.7
	‘01	8.1	0.8	8.9	4.8	13.7
스 위 스	'00	2.6	3.9	6.5	11.9	18.4
	‘01	2.6	3.8	6.4	12.7	19.1
영 국	'00	0.8	0.2	1.0	0.1	1.1
	‘01	0.9	0.2	1.1	0.1	1.2
한 국	‘02	0.002	1.402	1.404	0.5	1.9
	‘03	0.08	1.411	1.419	0.569	2.06
	전력 (‘03)	0.025	0.061	0.086	1.504	1.59

자료 : 2003 IEA 자료 (Energy Balances of OECD Countries 000-2001기준), 수정 작성

 

<표 2> 대체에너지 보급촉진 지원현황(단위 : 백만원)

구분	1983-1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	계
계	196,324 평균(14,023/년)	30,479	32,589	15,022	12,407	9,302	20,037	54,423	370,619

자료 : 에너지관리공단 대체에너지개발보급센터 대체총괄팀(2003년 12월말 기준)

경제성을 이유로 신재생에너지 개발에 미온적이기만 하던 정부의 태도는 그러나 지금까지와는 다르다. 기후변화협약과 EU의 배출권거래제도(2005. 1)의 본격 시행에 대비하여, 2004년에는 지난 15년간의 약 1/3 수준인 2천억원을 신재생에너지에 투자하였다. 정부는 신재생에너지 중 경쟁력이 있는 수소․연료전지와 풍력, 태양광 등에 집중하여 2011년에는 신재생에너지 공급을 5(7)%로 늘려 신재생에너지 강국이 되겠다고 한다.

그렇게 되기 위해서 태양광분야에서는 내수시장 확대에 집중하고, 풍력은 해상풍력 개발에 착수하겠다는 계획이다. 태양광분야와 풍력분야가 보급과 기술개발 등 기존의 계획을 확대 한데 불과 하다면 수소연료전지 분야의 계획은 보다 적극적이고 체계적이다.

먼저 정부는 화석연료를 대체할 에너지로서 수소에너지 체계를 구축하는 것을 목적으로 수소경제 중장기 마스터플랜을 수립하고 있다. 2005년 수소에너지 원년을 시작으로 2010년에는 수소에너지시대에 진입하고, 2040년까지 수소에너지경제를 본격화하겠다는 것이다. 이를 위해 정부는 에너지산업의 구조개편과 기술개발 및 인프라를 구축하고, 산업화전략을 수립할 계획이다.(참고 : 산업자원부, 환경친화적 신재생에너지 개발․보급정책, 2005)

미래의 에너지로 수소에 기대를 걸고 있는 것은 비단 우리나라 정부와 원자력업계만은 아니다. 유명한 환경론자인 제레미 리프킨은 「수소혁명」이란 책에서 수소가 가져올 장밋빛 미래를 그리고 있고 우리나라의 많은 환경운동가들도 미래의 에너지로 수소에 기대를 걸고 있다. 에너지 문제에 있어서 늘 다른 미래를 가지고 싸우던 찬핵, 반핵 양 진영에서 같이 꿈꾸는 수소는 과연 어떤 에너지인가?

간단히 말해서 수소에너지는 산업과정의 부산물, 화석연료의 개질, 원자력열화학생산, 원자력, 태양력, 풍력 등을 이용한 물 분해등을 통하여 생산된 수소를 연료전지를 통하여 공기 중의 산소와 결합시켜 에너지를 생산하는 과정을 말한다. 우리에게 널리 알려진 것은 전기를 이용하여 물을 분해하여 만드는 수소인데 이 때문에 수소에너지의 효율성에 대한 의문이 제기되기도 하지만 연료전지의 에너지 효율성이 매우 높기 때문에 화석연료의 개질이나, 원자력열화학생산 등을 통해 수소를 생산하는 것이 오히려 화석연료와 원자력의 효율성을 높인다는 연구보고도 있다. 우리나라 정부와 원자력업계는 우선 화석연료의 개질을 통해, 다음 단계로는 원자력을 이용하여 수소를 생산하겠다는 계획이며 이미 원자력을 이용한 초고온가스로를 미국, 일본과 함께 공동개발하고 있다.(표3. 참조)

 

이렇게 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된 수소를 소비자가 이용하기 위해서는 저장과 수송, 판매를 위한 인프라 구축이 필수적이다. 소비자가 태양광과 같은 지속가능에너지를 이용하여 수소를 생산하고 연료전지를 이용하여 가정용 발전에 사용하는 것과는 달리 원자력이나 화석연료를 이용한 수소 생산은 대규모로 이뤄지고 생산지역에서 소비지역으로 수소를 운반하여야 한다. 이를 위해 정부는 저장 운송을 위한 수소탱크와 수소전용 파이프라인을 구축하고 판매를 위한 수소 스테이션을 건설하겠다는 계획도 밝히고 있다. 특히 수소를 에너지로 변환시키는 연료전지 분야(수송용, 가정용, 발전용, 휴대용)중에서도 수송용에 집중 투자함으로 해서 수소의 수송과 저장 등의 인프라 구축을 조기에 완성한다는 것이 정부의 수소에너지 계획이다. 즉, 정부는 수소의 대량생산과 대량보급을 통해 경제적인 이유에서나 환경적인 이유에서 위기를 겪고 있는 화석연료를 대체한다는 것이다. 이것이 정부가 계획하고 있는 “무공해․무한에너지 수소경제체제”이다.

수소의 미래에 대한 또 다른 낙관적 견해가 있다.

제레미 리프킨은 「수소혁명」에서 지속가능에너지에 의해 수소를 생산하고 가정용 발전 등을 통해 수소를 소비하는 수소에너지 시대가 가히 에너지 혁명이라고 부를 수 있는 소규모 분산에너지 시대를 열 것이라고 전망하고 있다. 인터넷을 통해 정보의 생산과 소비가 소규모, 다원적 분산을 이룬 것처럼, 수소라는 에너지원을 통해 에너지의 생산과 소비도 소규모, 다원적 분산 체계로 진화하리라는 전망이다. 수소를 통해 지속가능에너지가 비로소 경제성과 실용성을 획득하고 이를 통해 환경적으로 건전하고 지속가능한 사회가 도래한다는 것이다.

수소를 에너지원으로 사용하는 미래의 사회에 대한 꿈은 다르지만 수소는 양자 모두에게 화석연료를 대체할 지속가능한 미래의 에너지원으로 주목받고 있다.

과연 수소는 지속가능한 사회의 지속가능한 에너지원인가?

먼저, 수소는 에너지원이 아니다.

수소는 에너지원이 아닌 에너지의 중간단계 생산품인 2차 에너지라는 점이다. 석유, 석탄, 원자력, 수력, 태양열과 같은 1차 에너지를 변환 가공해서 얻은 전기, 도시가스 등과 같은 2차 에너지인 수소는 그 자체로 지속가능하거나 친환경적이라는 성격을 가질 수 없다. 수소는 화석연료의 정제과정이나 원자력을 이용하여 생산하기도 하고 태양광이나 풍력 등을 이용하여 생산하기도 한다. 따라서 수소는 지속가능한 에너지이거나 화석에너지이거나 원자력에너지이다.

수소가 소비과정에서 환경오염을 유발시키지 않는다고 해서 수소를 친환경적이라거나 지속가능하다고 부를 수는 없다. 따라서 수소에너지가 지속가능한 에너지라고 불리기 위한 첫 번째 조건은 수소를 생산하는 1차 에너지원이 무엇인가 하는 점이다.

다음으로, 수소에너지가 에너지의 분산을 가져온다는 전망은 지나친 낙관에 근거하고 있다.

제레미 리프킨은 수소를 에너지로 이용하는 사회가, 인터넷이 정보의 분산과 다양성이라는 혁명을 가져온 것처럼, 에너지의 분산과 다양성이라는 수소혁명을 겪게 될 것이라고 전망하고 있다. 에너지뿐 아니라 많은 환경문제가 대량생산과 집중화된 사회구조에서 유래하고 심화되고 있다는 점을 주목한다면 이러한 수소의 분산성과 다원성은 지속가능한 에너지로서의 기본적인 골격을 갖고 있는 것으로 평가할 수 있다.(참고 : 이수경, 잘 못 알려진 환경상식 ‘지속가능한 에너지는 지속가능하다?’, 환경과 공해연구소, 2003) 그러나 분산성과 다원성이 수소에서 유래하는 지, 아니면 수소를 생산하기 위한 에너지원에서 유래하는 지는 보다 숙고할 필요가 있다.

수소를 생산하는 에너지원으로서 태양광과 풍력과 같은 지속가능에너지원을 이용하거나, 산업과정의 부산물로서의 수소를 재활용하는 것은 에너지를 얻고 이용하는 방식에서 시간적, 공간적으로 분산적인 에너지 구조를 요구한다. 제레미 리프킨은 지속가능에너지에 의한 수소 생산을 기정사실화하고 이를 근거로 수소를 분산적인 에너지로 전망하고 있다. 그러나 정부에서 내놓은 수소경제 계획에서 보듯이 수소는 오히려 자본과 기술에 있어, 석유보다도 오히려 집약된 에너지구조를 요구할 수도 있다는 점을 간과해서는 안된다.

수송과 저장이 어려운 에너지 일수록 자본과 기술이 집중된 하부구조를 요구한다. 액체연료인 석유가, 고체연료인 석탄보다 채굴과 생산에 있어 자본과 기술의 집중을 더 요구했던 것처럼 대규모로 생산된 기체연료인 수소의 저장과 수송에는 보다 집중된 에너지 인프라 구축이 요구된다. 즉, 수소를 원자력 등을 이용해 대량 생산하고 이를 수송하기 위한 수소인프라를 구축하기 위해서는 보다 집중된 자본과 기술을 필요로 하며, 이렇게 많은 자본과 기술이 투자된 인프라는, 이후에는 오히려 에너지구조를 결정짓는 중요한 변수로 작용한다.

즉, 집중된 에너지 하부구조는 에너지의 생산이나 소비형태를 결정하게 되고 따라서 수소경제를 구축하기 위한 정부의 현 수소인프라계획은 미래의 수소에너지를 지속가능하지 않은 에너지로 결정짓는 중요한 첫 발이 될 가능성이 높다. 따라서, 수소의 생산과 마찬가지로 수소경제를 위한 인프라 구축도 현재 정부의 계획은 전혀 지속가능하지 않다.

미래의 에너지가 수소일 가능성은 매우 높다.

그러나 환경론자나 개발론자 모두가 꾸고 있는 수소의 꿈은 악몽일수도 길몽일 수도 있다. 그리고 그 꿈은 이제 정부의 수소경제선언으로 실현의 첫 발자국을 떼고 있다.

 

<부록>

**대체에너지 이용보급촉진법 제2조에 근거한 용어설명**

○대체에너지

석유를 대체하는 원자력, 석탄, 신 에너지원을 총칭하는 의미로 불려 졌지만 최근에는 신·재생 에너지, 신 에너지, 미래 에너지 등 다양한 형태로 혼용되어 사용되고 있다. 국내에서는 석탄, 석유, 원자력 및 천연가스가 아닌 태양에너지, 바이오매스, 풍력, 소수력, 연료전지, 석탄의 액화, 가스화, 해양에너지, 폐기물 에너지 및 기타 등 11개 분야로 구분하고 있고, 기타 분야에는 지열, 수소, 석탄에 의한 물질을 혼합한 유동성 연료

○신에너지

석탄액화·가스화, 연료전지, 수소에너지 등의 3가지 신규개발 에너지

○재생에너지

재생가능한 에너지인 태양열, 태양광, 풍력, 소수력, 바이오매스, 해양에너지, 지열, 폐기물에너지

○지속가능한 에너지

법적 용어가 아니며 재생에너지 중 폐기물 에너지를 제외하고 말하는 것이 일반적 경향이다.

지속가능한 에너지는 지속가능하다?(잘 못 알려진 환경상식, 환경과 공해연구소, 2003)

지속가능성의 여부는 순환주기이다. 어떤 자원을 일정기간동안, 생산되는 양만큼만 소비한다면 그 자원은 지속가능하다고 말할 수 있다. 즉, 일년에 혹은 일정기간동안 나무가 자라나는 만큼만 나무를 소비할 수 있다면 나무는 지속가능한 자원이 된다.

지금 우리가 사용하고 있는 대표적인 화석에너지인 석유나 석탄자원은 수억만년에서 수백만년동안 생겨난 것이다. 그리고 이 화석에너지를 인류가 본격적으로 사용한 것은 18세기 산업혁명 이후부터 겨우 300년에 불과하다. 그런데도 앞으로 100년이면 화석자원이 고갈될 것이라고 한다. 이것이 화석에너지가 지속가능하지 않은 이유이다.

반면에, 태양에너지는 인류가 2년동안 소비할 수 있는 양의 에너지가 단 한 시간동안에 지구로 쏟아져 들어온다. 이것이 태양에너지나 풍력에너지 등이 지속가능한 에너지거나 무한에너지로 불리게 된 이유이다. 그러나 과연 그럴까?

태양에너지를 에너지원으로 이용하기 위해서는 태양전지를 만드는데 필요한 실리콘 같은 광물자원이 필요하다. 화석에너지와 마찬가지로 산업사회를 유지하는 광물자원들도, 너무 오랜 기간 동안에 걸쳐 만들어지는데 비해 너무 짧은 기간 동안 너무 많이 사용되기 때문에 지속가능하지 않다. 따라서 지구로 유입되는 태양에너지의 양보다는 태양전지를 만들기 위해서 필요한 실리콘과 같은 광물자원이 태양에너지의 지속성을 결정하는 가장 큰 요인이 된다. 풍력에너지와 같은 다른 지속가능한 에너지의 경우도 마찬가지이다. 무한해 보이는 태양에너지도 인간이 이용하기 위해서는 여러 광물자원을 이용한 설비에 의존해야 하기 때문에 현재와 같이 지역적으로 시간적으로 편중되어 대규모로 이용하려 한다면, 결코 지속가능한 에너지가 될 수 없다. 물론, 태양에너지나 풍력에너지 등은 이렇게 편중되어 대규모로 사용되기는 어려운 특성을 갖고 있으며, 이러한 특성으로 인해 현재와 같은 에너지 이용방식으로는 경제성을 확보하기 힘들어 널리 사용될 수 없다. 결국 미래의 에너지, 친환경에너지, 지속가능에너지라는 태양에너지를 이용하기 위해서는 지역에 맞게 소규모로 전기가 생산되고 소비되는 에너지 이용구조로 바뀌어야 한다. 바로 이러한 에너지구조가 태양에너지 등을 지속가능하게 만드는 가장 큰 요인이다.

에너지와 같은 자원의 지속가능성을 결정하는 것은 어떤 에너지를 사용하는가 하는 문제가 아니라, 얼마나, 또 어떻게 사용하는가 하는 사용방식에 달려있다. 우리가 어떤 에너지를 사용하든 현재와 같이 다량으로 밀집되어 낭비적으로 사용하는 에너지 이용구조를 바꾸지 않는다면 에너지의 지속가능성은 보장되지 못한다. 결국 에너지의 지속가능성은 지속가능한 에너지원에서 나오는 것이 아니라 지속가능한 에너지구조에서 나오는 것이다.