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여러분 이분들께 감사해야 합니다! 우리의 삶을 바꿔 놓은 위대한 과학자 이야기[KIER 에너지 연대기 2부]

1800년대 후반, 프랑스의 군사 엔지니어 샤를 르나르는 최초의 비행선인 '라 프랑스'를 설계하며 수소 에너지의 실질적인 수요를 창출했습니다. 이전까지 수소는 금속과 산의 반응을 관찰하는 과학적 호기심의 대상에 머물렀으나, 거대한 비행선을 띄워 원하는 방향으로 조종하기 위해서는 대량의 수소가 필수적이었습니다. 르나르는 이러한 수요를 충족하기 위해 기존의 수전해 장치를 대형화하려는 시도를 이어갔으며, 이는 단순한 발견을 넘어 수소가 산업적 목적으로 대량 생산되기 시작한 중요한 기점이 되었습니다. 현대의 수소 기술은 생산 방식과 탄소 배출 여부에 따라 그레이, 블루, 그린 수소로 구분되어 연구되고 있습니다. 화석 연료에서 수소를 추출하며 온실가스를 배출하는 그레이 수소를 넘어, 최근에는 발생하는 이산화탄소를 포집하여 환경 부담을 줄인 블루 수소 기술이 주목받고 있습니다. 더 나아가 재생 에너지를 활용해 물을 분해함으로써 탄소 배출을 완전히 차단하는 그린 수소는 수소 경제 시대를 앞당길 핵심 기술로 손꼽힙니다. 에너지 기술 연구자들은 이러한 공정들의 효율을 높여 실질적인 에너지 전환을 실현하기 위해 매진하고 있습니다. 태양광 발전의 과학적 근간은 알베르트 아인슈타인의 광전 효과 입증을 통해 확립되었습니다. 아인슈타인은 빛이 파동인 동시에 입자의 성질을 가진 '광자'라는 개념을 제시하며 양자역학의 문을 열었습니다. 금속 표면에 빛을 비추었을 때 전자가 방출되는 이현상은 훗날 태양전지가 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 핵심 원리가 되었습니다. 대중에게는 상대성 이론이 더 유명하지만, 아인슈타인이 노벨 물리학상을 받은 업적은 바로 이 광전 효과였다는 사실은 에너지 역사의 흥미로운 대목 중 하나입니다. 오늘날의 태양광 기술은 단순한 패널 형태를 넘어 건물의 자재가 되는 건물형 태양전지(BIPV)와 같이 다기능적인 형태로 진화하고 있습니다. 창문이나 지붕 자체가 발전기가 되는 이 기술은 부지가 제한적인 환경에서 에너지 자립을 실현할 혁신적인 대안입니다. 또한 서로 다른 성질의 소자를 층층이 쌓아 빛 흡수율을 극대화하는 탠덤 구조 연구를 통해 세계 최고 수준의 효율을 달성하는 등, 태양광은 이제 우리 생활 공간 곳곳에서 에너지를 생산하는 가장 유연하고 똑똑한 에너지원으로 거듭나고 있습니다. 20세기 초반 하버와 보슈가 개발한 암모니아 합성 공정은 수소를 인류 생존을 위한 필수 자원으로 격상시켰습니다. 공기 중의 질소를 수소와 반응시켜 만든 암모니아는 인공 비료의 원료가 되어 식량 생산량을 비약적으로 증대시켰고, 이는 폭발적인 인구 증가를 뒷받침하는 결정적인 계기가 되었습니다. 비록 전쟁의 역사와 얽힌 어두운 측면도 존재하지만, 수소가 암모니아라는 형태로 저장되고 운송되며 인류를 기아로부터 구원했다는 사실은 수소 에너지가 가진 산업적 가치를 명확히 보여주는 사례입니다. 제2차 세계대전 시기 독일에서 발전한 피셔-트롭슈 공정은 자원 부족 상황에서 수소를 활용해 합성연료를 생산하는 기술적 돌파구를 마련했습니다. 석탄을 가스화하여 얻은 합성가스로부터 탄화수소 연료를 추출하는 이 방식은 오늘날 탄소 중립 연료인 합성연료 연구의 토대가 되었습니다. 이처럼 에너지 기술은 국가적 위기나 산업적 필요가 절실할 때 급격한 발전을 이루어 왔습니다. 이러한 역사는 현재 우리가 직면한 기후 위기 속에서 탄소 배출을 최소화하는 블루 수소와 그린 수소 기술이 왜 중요한지를 다시금 일깨워 줍니다. 마지막으로 찰스 데이비드 킬링은 하와이 마우나로아 관측소에서 대기 중 이산화탄소 농도를 정밀하게 측정하여 지구 온난화의 실증적 증거인 '킬링 곡선'을 제시했습니다. 이 데이터는 전 세계가 에너지 전환의 시급성을 깨닫게 하는 결정적인 지표가 되었습니다. 현재는 배출된 이산화탄소를 단순히 저장하는 것을 넘어, 이를 다시 유용한 연료나 플라스틱 원료로 전환하는 탄소 포집 및 활용 기술 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 과거의 지적 호기심에서 시작된 발견들은 이제 인류의 지속 가능한 미래를 설계하는 거대한 힘이 되었습니다.

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편의점 아니고요, 이산화탄소 잡는 CCUS입니다만!😎 | 한방에 몰아보기

심각한 기후 위기 속에서 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 효과적으로 제어하기 위한 기술인 CCUS가 전 세계적인 주목을 받고 있습니다. CCUS는 이산화탄소를 포집하고 저장하며 활용하는 전 과정을 포괄하는 혁신적인 기술로, 탄소 중립 실현을 위한 핵심 처방전이라 불립니다. 대기 중 약 0.04%에 불과한 이산화탄소만을 정교하게 골라내는 작업은 기술적으로 매우 까다롭지만, 국제에너지기구(IEA)가 이를 탄소 중립을 위한 필수 기술로 평가할 만큼 그 잠재력과 가치는 무궁무진하다고 볼 수 있습니다. 이 기술은 크게 저장 중심의 CCS와 활용 중심의 CCU로 나뉩니다. 발전소나 제철소와 같은 대규모 산업 시설에서 배출되는 가스 중 이산화탄소만을 흡착제를 통해 포집한 뒤, 이를 깊은 지하에 저장하거나 유용한 자원으로 변모시키는 것이 핵심입니다. 최근에는 포집된 탄소를 건축 자재인 시멘트나 종이 제조 공정에 활용하고, 탄산음료나 친환경 항공유 생산에 투입하는 등 일상 곳곳에서 가시적인 성과를 내고 있습니다. 특히 해외에서는 거대 팬을 이용해 대기 중 탄소를 직접 회수하여 온실에 공급하는 등 창의적인 시도도 이어지고 있습니다. CCUS의 성공적인 상용화를 위해서는 경제성 확보가 무엇보다 중요합니다. 이를 위해 한국에너지기술연구원은 저비용·고효율의 포집용 액상 흡수제인 '키어솔'을 개발하고, 블루 수소 생산 공정에 혁신적인 흡착 기술을 접목하고 있습니다. 1톤당 30달러 이하의 비용으로 대량의 이산화탄소를 포집할 수 있는 기술적 토대가 마련됨에 따라, 환경 보호와 산업적 가치 창출이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있게 되었습니다. 이러한 혁신은 탄소 중립이라는 인류 공동의 목표를 달성하는 데 결정적인 역할을 할 전망입니다.

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어디 가서 아는 척하기 좋은 수소 상식 총정리📖 | 한방에 몰아보기

수소는 주기율표에서 당당히 1번을 차지하고 있는 원소이자, 미래 청정 에너지 시대를 이끌어갈 주역입니다. 전 세계 땅속에 갇혀 있는 약 5조 톤의 천연 수소 중 단 몇 퍼센트만 추출할 수 있어도 인류가 향후 수백 년간 사용할 에너지를 충분히 충당할 수 있다고 합니다. 양성자 하나와 전자 하나로 구성된 가장 단순하면서도 가벼운 이 원소는, 지구상에서 단독으로 존재하기보다 물이나 유기화합물의 상태로 존재하며 우리 삶의 모든 곳에 스며들어 미래를 밝힐 준비를 하고 있습니다. 인류가 수소의 존재를 명확히 인지하게 된 과정은 250여 년 전 두 학자의 열정에서 시작되었습니다. 1766년 헨리 캐번디시는 아연과 산의 반응으로 얻은 기체가 불에 잘 붙는다는 점을 발견해 '가연성 공기'라 명명했습니다. 이어 앙투안 라부아지에는 이 기체를 연소시켰을 때 물이 발생하는 현상을 과학적으로 증명해 냈습니다. 비로소 이 원소는 인류 역사에 이름을 올렸고, 오늘날 탄소 중립을 위한 가장 강력한 에너지원 중 하나로 진화하여 전 세계의 뜨거운 관심을 한 몸에 받고 있습니다. 수소차의 핵심인 수소 연료전지는 탄소 배출 없이 물과 전기, 열을 생산하는 놀라운 발전 장치입니다. 수소 연료전지 내부로 수소가 투입되면 전해질을 사이에 두고 수소 이온과 전자로 분리되며, 이때 전자가 도선을 따라 이동하는 과정에서 우리가 사용하는 전기가 만들어집니다. 반대편에서 들어온 산소는 수소 이온 및 전자와 다시 결합해 깨끗한 물로 변합니다. 이 과정에서 대기 오염 물질이 전혀 발생하지 않기에 수소는 기후 위기 시대에 화석 연료를 대체할 가장 완벽한 친환경 솔루션으로 꼽힙니다. 다만 수소의 생산 방식에 따라 친환경 등급이 나뉘는데, 궁극의 목표는 역시 그린 수소입니다. 화석 연료를 개질해 만드는 그레이 수소나 탄소 포집·활용·저장 기술(CCUS)을 더한 블루 수소와 달리, 그린 수소는 재생 에너지로 만든 전기로 물을 분해하는 수전해 기술을 통해 얻습니다. 이는 날씨에 따라 발전량이 변하는 태양광이나 풍력의 잉여 에너지를 수소로 저장했다가 필요할 때 다시 꺼내 쓸 수 있다는 점에서 더욱 중요합니다. 결국 수소는 불규칙한 자연의 에너지를 인류가 언제든 활용할 수 있게 돕는 저장소 역할을 합니다. 일각에서는 수소폭탄의 위험을 우려하기도 하지만, 우리가 사용하는 수소 연료는 폭발 기제와 종류가 완전히 달라 안심해도 좋습니다. 수소는 유출 즉시 대기 중으로 순식간에 확산될 만큼 가벼울 뿐만 아니라, 폭탄 제조에 필요한 초고온 상태는 일상적인 환경에서 결코 형성될 수 없기 때문입니다. 현재 한국에너지기술연구원을 포함한 수많은 연구진은 수소 생산의 밀도를 높이고 활용 범위를 넓히기 위해 끊임없이 정진하고 있습니다. 안전함과 효율성을 모두 갖춘 수소 에너지는 이미 우리 곁에서 새로운 시대의 서막을 열고 있습니다.

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