수소를 바로 쓸 수는 없을까?

미래 청정에너지로 주목받는 수소를 바로 가져다 쓸 수는 없을까? 답은 ‘그럴 수 없다’이다. 물을 예로 들면, 물의 분자식은 H₂O이다. 수소 원자 2개와 산소 원자 1개가 결합해 물 분자를 이룬다. 이처럼 수소는 지구상에서 화합물의 형태로 존재한다. 그렇기 때문에 수소를 그대로 사용할 수 없다. 수소를 에너지로 사용하기 위해서는 화합물에서 추출해 내야 한다.

수소 생산에 없어서는 안 될 천연가스

국제에너지기구(IEA)가 2019년 6월 발간한 <수소의 미래(The Future of Hydrogen)>에 따르면, 석유화학·제철 공정에서 부수적으로 발생하는 수소(부생수소)를 제외하고 오늘날 전 세계에선 매년 7,000만 톤에 가까운 수소를 생산한다. 이 중 76%는 천연가스에서, 23%는 석탄에서 수소를 추출한다. 전 세계 천연가스 사용량의 6%인 2,050억m²가 수소 생산 원료로 쓰이는 셈이다.

천연가스에서 수소를 생산하는보편적인 방법,
수증기 개질

천연가스에서 수소를 추출할 수 있는 이유는 천연가스의 주성분인 메탄(Methane)에 수소가 들어있기 때문이다. 탄소 원자 1개와 수소 원자 4개가 결합해 메탄(CH₄)을 구성한다. 탄소와 수소로만 이루어진 유기화합물인 탄화수소 중 가장 간단한 형태의 탄화수소다. 메탄에 수증기를 넣으면 수소를 추출해 낼 수 있다.

  CH₄ + H₂O → CO + 3H₂  

이를 수증기 개질(Steam Reforming)이라고 하는데, 수증기 개질이 천연가스로부터 수소를 생산하는 방법 중 대부분을 차지한다. 일정량의 탄화수소에서 더 많은 양의 수소를 얻을 수 있는 반면, 고온(750℃)에서 분해가 이뤄지기 때문에 에너지 사용량이 많다는 단점이 있다.

천연가스에서 ‘친환경 선박연료’
메탄올도 만들 수 있다고?

수소뿐 아니라 메탄올(메틸알코올)도 천연가스를 개질해 만들 수 있다. 천연가스를 개질해 합성가스를 생성하면 메탄올을 생산할 수 있다. 해양수산부는 지난 6월, 메탄올과 에탄올을 연료로 하는 선박의 검사기준을 마련했다. 이에 따라 우리나라 국적의 메탄올 연료추진선 탄생이 예고됐다. 메탄올은 액화천연가스(LNG)를 잇는 친환경 선박연료다. 기존 선박연료유에 비해 황산화물(SOx)은 99%, 질소산화물(NOx)은 80%, 온실가스는 최대 25%까지 줄일 수 있다. 이와 함께 상온과 일반적인 대기압에서도 저장·이송이 쉽고, 해양에 배출됐을 때 빠르게 녹아 생분해되기 때문에 해양오염을 일으키지 않는다.