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"기후정책, 왜 나만 몰라?" 답답한 속 뻥 뚫어드립니다! [에너지FM #2]

기후 기술은 단순히 환경을 보호하는 차원을 넘어, 온실가스 배출을 줄이고 기후 위기에 능동적으로 적응하기 위한 모든 기술적 수단을 포함합니다. 대표적으로 태양의 빛을 전기로 바꾸는 태양광 기술은 이미 건물의 유리창이나 외벽에 건축 자재로 사용될 만큼 우리 곁에 가까이 다가와 있습니다. 또한 전기차나 스마트폰의 핵심인 에너지 저장 장치(ESS) 역시 일상을 지탱하는 중요한 기후 기술 중 하나입니다. 이러한 기술들은 탄소 중심의 에너지 체계를 수소나 신재생 에너지와 같은 친환경 체계로 전환하는 데 결정적인 역할을 수행하며 지속 가능한 미래를 구축하는 기반이 됩니다. 효과적인 기후 위기 대응을 위해서는 기술 개발뿐만 아니라 이를 뒷받침할 체계적인 정책이 필수적입니다. 우리나라는 2021년 '기후변화대응 기술개발 촉진법'을 제정하고, 이를 바탕으로 2023년부터 2032년까지 이어지는 10년 단위의 대규모 기본 계획을 수립했습니다. 국가기후기술정책센터는 이러한 법적 근거 아래 정부와 연구 현장을 잇는 가교로서 국가 R&D 전략을 총괄하고 있습니다. 단순히 장기적인 목표를 세우는 데 그치지 않고, 글로벌 트렌드와 급격한 기술 환경 변화를 반영하여 5년마다 계획을 수정 보완하며 정책의 실효성을 높이는 정교한 행보를 이어가고 있습니다. 기후 기술 정책의 실질적인 추진력을 확보하기 위해 매년 구체적인 시행 계획이 발표되며 대규모 예산이 투입됩니다. 실제로 2025년에는 약 2조 7천억 원에 달하는 예산이 기후 기술 R&D 및 관련 사업에 투자될 예정입니다. 이는 단순한 연구 자금 지원을 넘어 각 지방자치단체와 협력하여 기술을 실증하고 현장에 적용하는 전 과정을 아우르는 규모입니다. 정부는 이러한 집중적인 투자를 통해 태양광 발전소나 전기차 충전소와 같은 인프라가 실질적으로 확충될 수 있는 기술적 토대를 마련하고 있으며, 연구실의 성과가 국민의 삶에 직접적으로 기여하는 산업적 결실로 이어지도록 독려하고 있습니다. 탄소 중립의 핵심 열쇠로 꼽히는 수소 에너지는 국가 전략 기술로서 특별한 관리를 받고 있습니다. 정부는 2024년 7월, 수소 분야의 역량을 결집하기 위해 '국가 수소 중점 연구실'을 출범시켰습니다. 이곳에서는 물을 분해하여 수소를 얻는 수전해 기술의 효율을 높이고, 생산된 수소를 안전하게 저장하고 운송할 수 있는 액상 유기 수소 운반체 등 다섯 가지 핵심 분야를 집중 연구합니다. 과거에는 수소 R&D가 기관별로 흩어져 진행되는 경향이 있었으나, 이제는 중점 연구실 체계를 통해 국가적인 기술 지도를 그리며 한 방향으로 연구 역량을 집중함으로써 글로벌 수소 경제 시장에서의 경쟁력을 선점하고자 노력하고 있습니다. 우수한 기술력만큼이나 중요한 과제는 기후 기술에 대한 국민적 공감대를 형성하고 체감도를 높이는 일입니다. 매년 4월 과학의 달에 열리는 과학 축제나 글로벌 포럼은 어려운 기술 용어를 대중의 눈높이에서 풀이하고 소통하는 소중한 장이 됩니다. 특히 수소를 폭탄처럼 위험한 존재로 인식하던 어린이들에게 슈팅 게임이나 전시를 통해 친환경 에너지원으로서의 가치를 알리는 교육적 활동은 사회적 수용성을 높이는 핵심입니다. 기후 기술이 소수의 전문가들만 다루는 영역이 아니라 전 국민이 함께 누리고 발전시켜야 할 미래 자산임을 인식할 때, 비로소 탄소 중립이라는 거대한 목표는 우리 삶의 현실이 될 것입니다.

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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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미생물도 사회가 있다면...? 극N 박사님들과 함께하는 과학 지식 수다! | KIER 토크쇼 1부

최근 치솟는 전기 요금과 기후 위기 속에서 에너지를 직접 생산해 사용하려는 자급자족형 시스템에 대한 관심이 어느 때보다 뜨겁습니다. 그 중심에 있는 기술이 바로 연료전지입니다. 기존의 화력 발전은 화석 연료를 태워 열에너지를 만들고 이를 다시 기계 에너지로 바꾸는 복잡한 과정을 거치며 상당한 에너지 손실이 발생하지만, 연료전지는 화학 에너지를 곧바로 전기 에너지로 변환합니다. 이러한 직접적인 변환 방식 덕분에 높은 에너지 효율을 자랑하며, 전기를 생산함과 동시에 온수까지 얻을 수 있어 가정용 미래 에너지원으로 주목받고 있습니다. 이미 연료전지는 우리 곁에 현실로 다가와 있습니다. 일본의 경우 2009년부터 '에네팜'이라는 가정용 연료전지 보급 사업을 적극적으로 추진하여 이미 50만 대 이상의 보급 실적을 달성했습니다. 이는 수천만 그루의 나무를 심는 것과 맞먹는 이산화탄소 저감 효과를 가져옵니다. 한국 역시 과거부터 보급 사업을 진행해 왔으나, 아파트 위주의 대규모 주거 단지가 많은 국내 특성상 소규모보다는 더 큰 용량의 시스템이 필요합니다. 따라서 우리나라는 주거 환경에 최적화된 규모를 설정하고 자국 기술을 바탕으로 한 현명한 보급 전략을 세워야 할 시점입니다. 연료전지의 진정한 가치는 탄소 중립을 위한 청정 수소의 활용에 있습니다. 현재는 천연가스를 기반으로 수소를 얻는 과정에서 이산화탄소가 발생한다는 한계가 있지만, 궁극적으로는 이산화탄소 배출이 없는 청정 수소를 저렴하게 공급하는 것이 관건입니다. 수소는 도시가스보다 에너지 밀도가 약 세 배나 높기 때문에 생산 단가를 일정 수준 이하로 낮출 수 있다면 충분한 경제성을 확보할 수 있습니다. 2050년까지 수소 생산 단가를 kg당 3,000원 수준으로 낮추는 목표가 실현된다면 누구나 가정에서 저렴하고 깨끗한 에너지를 사용할 수 있게 될 것입니다. 전기화학 기술에 미생물의 대사 작용을 결합하면 폐기물 처리와 에너지 생산이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있습니다. 특정 유기물을 분해하며 전자를 방출하는 미생물의 특성을 발전 시스템에 적용한 것인데, 이는 단순히 환경 정화에 그치지 않고 지속 가능한 동력을 확보하는 수단이 됩니다. 미생물은 유기물뿐만 아니라 이산화탄소를 고부가가치 물질로 전환하는 촉매로도 활용될 수 있어 그 응용 분야가 매우 넓습니다. 다양한 미생물들이 상호작용하는 복잡한 사회를 구축하여 수소를 추출하는 방식은 탄소 중립 시대를 이끌 핵심적인 원천 기술로 평가받고 있습니다. 탄소 중립 달성을 위해서는 재생에너지의 간헐성을 극복할 수 있는 저장 기술이 필수적입니다. 수소는 잉여 전력을 화학 에너지 형태로 장기간 저장할 수 있어 배터리의 자연 방전 한계를 보완하는 훌륭한 저장 매체가 됩니다. 특히 에너지를 해외에서 수입해야 하는 우리나라의 현실에서 수소는 배터리보다 무게 대비 운송 효율과 경제적 이점이 뛰어납니다. 대용량 부하를 담당하는 수소 가스 터빈과 분산 발전에 적합한 연료전지가 상호 보완적으로 작동한다면, 지능형 에너지 관리 시스템을 통해 더욱 견고하고 효율적인 미래 에너지 네트워크를 구축할 수 있을 것입니다.

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나야, 수소 👀 수소? 너 누군데?ㅣ탄소중립에서 빠질 수 없는 키워드, 수소! 지속가능한 미래를 향한 열쇠 🔑ㅣ 2024 녹색기술 리포트

수소는 전 세계가 기후 위기에 대응하기 위해 주목하는 핵심 에너지원입니다. 한국을 포함한 42개국이 참여하는 기후 클럽은 산업 부문의 탈탄소화를 가속화하기 위해 수소의 역할을 매우 중요하게 평가하며 적극적인 활용을 권장하고 있습니다. 수소는 철강이나 시멘트와 같은 제조 산업뿐만 아니라 차량, 선박, 항공기 등 운송 부문에서도 탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있는 대안으로 꼽힙니다. 또한 수소 발전소를 통한 전력 생산 등 에너지 전반에 걸쳐 그 활용 범위를 넓혀가고 있으며, 지속 가능한 미래를 위한 필수적인 기술로 자리매김하고 있습니다. 미국과 일본 등 주요 선진국들은 수소 기술을 국가 에너지 전략의 핵심으로 채택하여 적극적인 투자를 이어가고 있습니다. 미국은 2023년 발표한 청정 수소 전략 로드맵을 통해 2030년까지 대규모 생산 체계를 구축하고 수소 가격을 1kg당 1달러 수준으로 낮추겠다는 구체적인 목표를 수립했습니다. 일본 역시 수소 사회 실현을 앞당기기 위해 수전해 장치 도입과 저탄소 수소 공급망 구축에 박차를 가하고 있습니다. 이러한 글로벌 움직임은 수소 경제가 단순한 환경 보호 차원을 넘어, 미래 국가 경쟁력을 결정짓는 핵심 지표가 되었음을 시사합니다. 우리나라도 2050년 탄소중립 달성을 위해 수소를 10대 핵심 기술 중 하나로 선정하고 관련 인프라와 산업 생태계 강화에 힘쓰고 있습니다. 비록 수소 제조 및 저장 분야에서는 선진국과 수년 정도의 기술 격차가 존재하는 것이 사실이지만, 연료전지 분야에서는 세계적인 수준의 기술력을 보유하며 꾸준한 성장세를 기록하고 있습니다. 국가녹색기술연구소의 분석처럼 수소 수입 의존도를 낮추고 국제적인 기술 협력을 강화한다면, 우리나라도 머지않아 수소 기술 주권을 확보하고 글로벌 수소 경제를 선도하는 주역으로 도약할 수 있을 것입니다.

국가녹색기술연구소2024 녹색기술 리포트🗒️

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우리는 지구의 환경을 지키는 '수소어벤져스' ! (둠칫- 두둠칫- 🎶)

수소는 연소열이 매우 높고 자연계에 풍부하여 화석 연료를 대체할 최적의 청정 에너지원으로 평가받습니다. 최근 온실가스 감축을 위한 탄소 중립이 시대적 과제로 떠오르면서 수소 에너지의 생산과 저장, 운송 전반을 아우르는 기술 혁신의 중요성이 어느 때보다 강조되고 있습니다. 한국화학연구원은 이러한 국가 전략 기술의 중심에서 수소 에너지 연구센터를 통해 미래의 청정 에너지 시대를 견인하고 있습니다. 수소는 단순한 대체 연료를 넘어 우리 사회의 지속 가능한 발전을 위한 핵심 동력이 될 것입니다. 수소는 기체 상태에서 운송이 어렵다는 단점이 있습니다. 이를 해결하기 위해 운송이 용이한 암모니아 형태로 옮긴 뒤 필요한 곳에서 분해해 수소를 추출하는 방식이 주목받고 있습니다. 한국화학연구원은 암모니아 분해에 필요한 막대한 에너지를 획기적으로 낮출 수 있는 고효율 촉매를 개발했습니다. 특히 세계 최고 수준의 성능을 갖춘 귀금속 촉매는 물론, 경제성까지 확보한 비귀금속 기반 촉매 기술을 통해 상용화 가능성을 높였으며 관련 기술의 기업 이전도 활발히 진행 중입니다. 수전해는 탄소 중립 실현을 위한 가장 깨끗한 생산법 중 하나로 꼽힙니다. 기존에는 주로 수입에 의존하는 불소계 소재의 이온 교환 막이 사용되었으나, 높은 가격과 독성 물질 발생이라는 한계가 있었습니다. 연구팀은 이를 대체할 수 있는 새로운 탄화수소계 구조의 양이온 소재를 개발하는 데 성공했습니다. 이 소재는 제조 과정에서 유독 물질이 배출되지 않을 뿐만 아니라, 우수한 내구성과 전도성을 갖추어 기존 대비 성능을 80% 이상 향상시키는 놀라운 결과를 얻었습니다. 음이온 교환 막 수전해 분야에서도 연구팀은 세계 최고 수준의 성능과 내구성을 가진 폴리카바졸계 소재를 개발하여 실증 수준의 기술력을 확보했습니다. 이와 더불어 휘발유처럼 액상 유기 수소 저장체(LOHC)에 수소를 담아 안전하게 저장하고 운반하는 기술 연구도 활발히 진행 중입니다. 이는 고압 탱크 없이도 수소를 안정적으로 저장할 수 있는 차세대 기술로, 독일과 일본 등 기술 강국만이 보유하던 기술을 국산화하여 세계 최고 수준인 6.58%의 저장 용량을 달성했다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 한국화학연구원의 이러한 연구 성과들은 수소의 생산부터 저장, 운송에 이르는 전 주기의 기술 생태계를 탄탄하게 구축하고 있습니다. 세계 수준의 기술력을 바탕으로 기업과의 협력을 통해 상용화에 박차를 가하고 있으며, 이는 대한민국이 글로벌 수소 경제 시장에서 리더십을 확보하는 밑거름이 되고 있습니다. 화학 기술을 통해 탄소 중립을 실현하고 인류에게 이로운 세상을 만들려는 연구원들의 노력은 앞으로 다가올 수소 문명 시대를 더욱 밝게 비출 것으로 기대됩니다.

한국화학연구원

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올해 농사 잘 지은 박사님들의 솔직 토크! 2023년 국가연구개발 우수성과 100선에 오른 KIER의 2가지 기술은?🎉 | 키워드N인터뷰

수소연구단의 조현석 책임연구원은 물을 원료로 삼아 깨끗한 수소를 생산하는 기술을 집중적으로 연구하고 있습니다. 이 기술은 전 세계적인 과제인 탄소중립을 달성하기 위해, 전력화가 어려운 산업 분야에 청정수소를 에너지 캐리어로서 공급하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 화석 연료 중심의 기존 에너지 체계를 수소 중심으로 전환하게 되면, 에너지를 활용하는 모든 과정에서 오염 물질 대신 물만 배출되기에 매우 친환경적입니다. 이는 미래의 지속 가능한 에너지 자립 체계를 확립하는 데 있어 가장 기본적이면서도 필수적인 기술이라 할 수 있습니다. 청정수소는 단순히 에너지를 생산하는 것을 넘어, 국가와 국가 사이에서 청정 전력을 안전하고 효율적으로 교역할 수 있게 만드는 수단이 됩니다. 재생에너지가 풍부한 지역에서 생산된 전기를 먼 거리까지 직접 운송하기에는 물리적인 한계가 존재하기 때문에, 이를 수소 형태로 변환하여 저장하고 이동시키는 전략이 필요합니다. 이렇게 운송된 수소는 다시 열이나 전기 등 사용자가 원하는 다양한 형태의 에너지로 변환되어 무궁무진하게 활용될 수 있습니다. 이러한 변화는 과거의 자원 외교 패러다임을 기술 중심의 에너지 독립으로 바꾸는 중대한 전환점이 될 것입니다. 한편, 청정연료연구실의 라호원 연구원은 현대 사회의 골칫거리인 폐플라스틱을 새로운 에너지원으로 탈바꿈시키는 가스화 공정 개발에 매진해 왔습니다. 우리가 편리한 생활을 지속하기 위해 매일같이 사용하는 플라스틱은 폐기 시 심각한 환경 문제를 야기하지만, 이를 가스화하면 합성가스나 수소와 같은 귀중한 화학 원료로 재탄생시킬 수 있습니다. 이러한 자원순환 경제 모델은 환경 오염 문제를 기술적으로 해결하는 동시에 자원 고갈 문제에 대한 실질적인 대안을 제시합니다. 사회적 현안을 연구 현장에서 직접 해결한다는 점에서 기술의 가치는 더욱 빛을 발합니다. 현재 연구팀이 확보한 1톤 규모의 폐플라스틱 가스화 플랜트는 그 자체로 독보적인 기술적 완성도를 자랑하며 다양한 산업 분야로의 확장을 준비하고 있습니다. 이러한 연구 성과는 단순히 실험실 안에 머물지 않고, 연구 인프라나 기획 인력이 부족한 중소 및 중견 기업들이 새로운 사업 영역을 창출할 수 있도록 돕는 든든한 밑거름이 됩니다. 연구진이 오랜 시간 인내하며 일구어낸 공정 기술은 국가연구개발 우수성과 100선에 선정되는 등 대외적으로도 큰 인정을 받았습니다. 이는 연구원들에게 성취감을 주는 동시에 더 높은 수준의 기술 개발을 향한 강력한 동기부여가 되고 있습니다. 2050년 탄소중립이라는 거대한 목표를 달성하기 위해서는 수전해 기술과 폐플라스틱 처리 기술처럼 에너지와 환경을 동시에 아우르는 통합적 기술들이 더욱 활발히 개발되어야 합니다. 기술을 통해 에너지를 직접 '캐내는' 새로운 시대가 열림에 따라, 우리나라는 에너지 수입국에서 에너지 기술 선도국으로 도약할 기회를 맞이하고 있습니다. 에너지와 환경의 융합은 지속 가능한 사회를 만들기 위한 가장 확실한 방법이며, 다음 세대에게 깨끗한 지구를 물려주기 위한 필수 과제입니다. 연구진의 끊임없는 도전과 헌신은 대한민국의 기술 경쟁력을 강화하고 인류 공통의 미래를 밝히는 핵심 원동력이 될 것입니다.

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🍠만약 지구 대기가 수소로 가득 차 있다면 무슨 일이 일어날까? (feat.그린수소🌱) | 고구마머리X한국에너지기술연구원 콜라보🎉

지구 온난화와 기후 위기라는 전 지구적 과제 앞에서 수소는 인류를 구할 핵심 에너지로 주목받고 있습니다. 우주 전체 물질의 약 75%를 차지할 정도로 풍부하지만, 역설적으로 지구 대기 중 순수한 수소의 비중은 0.005%에 불과합니다. 이는 수소가 매우 가볍고 활동적인 특성을 지녀 지구 중력을 이기고 우주로 쉽게 날아가 버리기 때문입니다. 하지만 수소는 산소와 결합할 때 강력한 에너지를 방출하면서도 부산물로 오직 물만을 남긴다는 점에서 탄소 중립 시대를 이끌 가장 깨끗한 에너지원으로 평가받고 있습니다. 수소 에너지가 친환경적인 이유는 에너지 생산과 활용 과정에서 이산화탄소를 전혀 배출하지 않기 때문입니다. 기존 화석 연료는 탄소 화합물로 이루어져 있어 연소 시 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 필연적으로 생성하지만, 수소는 산소와 결합하여 화학 반응을 일으키면 오직 빛과 열, 그리고 수증기만을 만들어냅니다. 이러한 무공해 특성 덕분에 2050년 세계 수소 시장은 수천 조 원 규모로 성장할 것으로 예측되며, 화석 연료를 완벽히 대체하여 탄소 배출 없는 지속 가능한 사회를 실현할 수 있는 유일한 대안으로 꼽힙니다. 진정한 그린 수소를 실현하기 위해서는 생산 과정에서도 탄소 배출이 없어야 합니다. 이를 위해 물을 전기로 분해하여 수소를 추출하는 '수전해' 방식이 활용되는데, 특히 태양광이나 풍력 등 재생 에너지를 원천으로 사용하는 방식이 핵심입니다. 한국에너지기술연구원은 재생 에너지 특유의 불규칙한 출력 문제를 해결하기 위해 고성능 분리막 기술을 적용한 부하 변동 대응용 수전해 스택을 개발했습니다. 이는 날씨 조건에 관계없이 83.5% 이상의 높은 효율로 안정적인 수소 생산을 가능하게 하여 그린 수소 상용화를 앞당기고 있습니다. 수소는 부피 대비 질량이 가벼워 저장과 운송에 많은 비용이 소요되는 경제적 과제가 존재합니다. 이를 극복하기 위해 현장에서 직접 수소를 생산하여 공급하는 방식이 대안으로 떠오르고 있으며, 관련 부품의 국산화가 필수적입니다. 한국에너지기술연구원은 수소 충전소의 핵심 기술과 부품들을 100% 국산화하는 데 성공하여, 과거 해외 의존도가 높아 막대했던 구축 비용을 획기적으로 절감했습니다. 이러한 기술 독립은 수소 인프라 확산의 진입 장벽을 낮추고 우리나라의 에너지 안보와 기술 경쟁력을 동시에 강화하는 밑거름이 됩니다. 장거리 운송 효율을 높이기 위해 암모니아를 '수소 캐리어'로 활용하는 기술 또한 미래 수소 경제의 중추적인 역할을 할 전망입니다. 암모니아는 수소를 액화하여 압축하는 방식보다 더 많은 양을 안정적으로 저장할 수 있으며, 기존 항만 인프라를 그대로 활용할 수 있어 매우 경제적입니다. 연구진은 암모니아를 다시 수소와 질소로 분해하는 고효율 촉매 반응 시스템을 개발하여 공급망의 효율성을 극대화했습니다. 이러한 끊임없는 기술 혁신은 대한민국이 탄소 중립 시대를 선도하며 깨끗한 지구를 물려주는 데 결정적인 기여를 할 것입니다.

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공학·기술

[KRISS 표준백과사전] 제11화 근데 구독자분들은 잘 모르잖아. 알록달록한 수소.

매년 6월 5일은 전 세계가 함께 지구의 소중함을 되새기는 '세계 환경의 날'입니다. 1972년 스웨덴 스톡홀름에서 열린 '유엔인간환경회의'를 통해 제정된 이 날은 국제사회가 환경 보전을 위해 다짐하는 역사적인 첫 단추가 되었습니다. 기후 변화의 시대를 넘어 기후 위기에 직면한 오늘날, 환경 보호는 더 이상 미룰 수 없는 생존의 문제입니다. 우리나라도 이러한 국제적 흐름에 발맞추어 1997년에 행사를 개최하는 등 탄소중립 실현을 위한 다각적인 노력을 기울이며 지속가능한 미래를 꿈꾸고 있습니다. 탄소중립 사회로 가기 위한 핵심 열쇠는 바로 수소에너지입니다. 수소는 산소와의 화학 반응을 통해 열과 전기를 생산하며, 연소 과정에서 오직 물만 배출하는 매우 깨끗한 연료입니다. 현재 사용되는 '그레이 수소'나 이산화탄소를 포집해 저장하는 '블루 수소'는 생산 과정에서 어느 정도의 탄소배출이 불가피하다는 한계가 존재합니다. 따라서 재생에너지를 활용해 물을 전기 분해하여 얻는 '그린 수소'야말로 환경 오염 물질이 전혀 발생하지 않는 진정한 의미의 탄소중립을 실현할 궁극의 청정 에너지원으로 평가받고 있습니다. 그린 수소는 이상적인 에너지원이지만 상용화에 따르는 기술적 난제가 많습니다. 태양광 발전을 이용해 물을 직접 분해하는 방식은 설비 구축에 큰 비용이 들며, 무엇보다 전극이 물속에서 쉽게 부식된다는 단점이 있습니다. 전극 부식을 막기 위해 보호막을 씌우면 전기가 잘 통하지 않아 수소 생산 효율이 급격히 낮아지는 딜레마에 빠지게 됩니다. 이러한 효율과 내구성을 동시에 만족시키지 못하는 기술적 장벽 때문에 그린 수소는 그동안 뛰어난 잠재력에도 불구하고 산업 현장에서 널리 활용되는 데 큰 어려움을 겪어왔습니다. 한국표준과학연구원(KRISS) 연구팀은 최근 이러한 한계를 극복할 획기적인 기술을 세계 최초로 개발하며 주목받고 있습니다. 연구진은 수소 생산 효율을 극대화하기 위해 이산화티타늄 보호막 내의 '산소 결함량'을 미세하게 조절하는 기술을 완성했습니다. 본래 전기가 통하지 않는 산화물 보호막에 인위적인 산소 결함을 형성하면, 이것이 전하의 이동 통로가 되어 전극의 부식을 막는 동시에 수소 생산을 원활하게 돕습니다. 이번 연구 성과로 전극 수명이 기존 대비 약 10배나 향상되었으며, 이는 그린 수소 실용화를 앞당기는 결정적 계기가 될 전망입니다. 이번에 확보한 광전극 보호막 기술은 수소 생산뿐만 아니라 이산화탄소를 포집해 화학 에너지로 전환하는 인공광합성 기술 등 차세대 탄소중립 연구 분야에도 폭넓게 응용될 수 있습니다. 과학기술의 진보는 우리가 직면한 환경 문제를 해결하는 든든한 무기가 되어줍니다. 한 사람의 열 걸음보다 열 사람의 한 걸음이 더 큰 변화를 만든다는 말처럼, 과학자들의 헌신적인 연구와 우리 모두의 일상 속 작은 실천이 조화를 이룰 때 비로소 우리는 기후 위기를 극복하고 더 푸른 지구를 다음 세대에 물려줄 수 있을 것입니다.

한국표준과학연구원KRISS 표준백과사전

화학
지구환경과학
공학·기술

KIMS[닥터씨네] 영화 속 처럼 물을 에너지로 쓸 수 있나요?

현대 문명을 지탱하는 화석 연료는 고갈의 위험과 환경 오염이라는 치명적인 단점을 안고 있습니다. 이러한 상황에서 수소는 무색무취의 무한한 청정 에너지원으로 큰 기대를 모으고 있습니다. 원소 번호 1번인 수소는 지구상에서 세 번째로 흔하며, 우주 전체를 통틀어서는 가장 풍부한 원소입니다. 단순히 흔한 것뿐만 아니라 에너지 밀도 또한 매우 높아, 수소차 연료로 사용될 경우 휘발유와 비교할 수 없을 만큼 효율적인 동력을 제공하는 미래의 핵심 자원입니다. 영화 '체인 리액션'에서 묘사된 것처럼 수소는 물에서 추출할 수 있는 지속 가능한 에너지입니다. 현재는 생산과 저장, 운송을 위한 기반 시설이 구축되는 단계에 있어 일시적인 비용이 발생하지만, 향후 인프라가 충분히 확보된다면 누구나 저렴하게 이용할 수 있는 대중적인 자원이 될 것입니다. 이미 산업 현장 곳곳에서는 수송과 제철 등 다양한 공업적 용도로 수소 에너지가 폭넓게 활용되고 있으며, 그 쓰임새는 점차 확대되는 추세입니다. 수소를 얻는 방법은 크게 두 가지로 나뉩니다. 기존 화석 연료에서 수소를 추출하는 방식과 전기를 이용해 물을 분해하는 '수전해' 방식이 대표적입니다. 특히 수전해 방식은 지구상에 풍부한 바닷물을 원료로 삼을 수 있다는 점에서 영화 '오블리비언' 속 외계 문명이 바닷물을 에너지로 활용하는 상상력을 현실로 바꿀 수 있는 가능성을 보여줍니다. 물을 분해해 에너지를 만들고 사용 후에는 다시 순수한 물만 배출한다는 점은 수소 에너지만이 가진 가장 독보적인 친환경적 특성입니다. 수소 에너지의 실질적인 상용화를 가장 가깝게 체감할 수 있는 분야는 바로 수소차입니다. 수소차는 기존의 내연기관차와 달리 이산화탄소를 전혀 배출하지 않을 뿐만 아니라, 주행 과정에서 외부 공기를 흡입하고 정화하여 배출하는 '움직이는 공기 청정기' 역할까지 수행합니다. 이러한 독보적인 친환경적 특성 덕분에 수소차는 탄소 중립 시대를 선도할 미래 모빌리티의 핵심으로 각광받으며 우리의 일상을 변화시키고 있습니다. 대한민국은 현재 수소 에너지의 활용 분야, 특히 수소 연료전지 기술에서 세계 최고 수준의 경쟁력을 확보하고 있습니다. 수소의 생산부터 저장, 운송에 이르는 전 주기에 걸쳐 연구가 활발히 진행 중이며, 최근에는 무인 항공기의 장시간 연속 운행에 성공하는 등 괄목할 만한 성과를 거두고 있습니다. 인류의 생존을 위협하는 기후 위기를 극복하고 지속 가능한 성장을 이루기 위해 수소 에너지는 단순한 자원을 넘어 인류의 미래를 밝히는 새로운 '희망'으로 자리매김할 것입니다.

한국재료연구원

화학
지구환경과학
융합
공학·기술

[KITECH 이노베이션] 친환경 수소생산 촉매 개발로 지구 온난화 막는다

현대 과학기술의 발전과 함께 반도체 산화물 나노 소재는 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 특히 수전해 기술은 물에 전압을 인가하여 수소와 산소로 분리하는 공정으로, 친환경 에너지원 확보를 위한 필수적인 단계입니다. 현재 내연기관 시대가 저물고 전기자동차 산업이 급성장하고 있지만, 미래 사회의 지속 가능한 발전을 위해서는 단순한 전기 활용을 넘어선 새로운 대안이 필요합니다. 이러한 흐름 속에서 다량의 수소를 효율적으로 확보하는 기술은 미래 에너지 자립을 결정짓는 중요한 요소가 될 것입니다. 수전해를 통해 수소를 발생시키기 위해서는 필연적으로 외부의 전기 에너지가 투입되어야 합니다. 이때 연구의 핵심 과제는 투입되는 에너지를 얼마나 절약할 수 있느냐, 즉 얼마나 낮은 전압에서 수소를 효과적으로 발생시킬 수 있는가 하는 점입니다. 이를 해결하기 위해 수소와 산소 발생 시 나타나는 과전압을 낮추어 주는 촉매 기술이 필수적으로 요구됩니다. 고효율 촉매를 개발하는 것은 수소 생산 공정의 경제성을 확보하고, 실질적인 에너지원으로서의 상용화 가능성을 높이는 데 있어 가장 중추적인 역할을 담당하게 됩니다. 최근 연구진의 노력으로 수전해 촉매 분야에서 괄목할 만한 성과가 도출되었으며, 이는 세계적인 학술지인 'Small'의 표지 논문으로 선정되는 결실을 보았습니다. 해당 연구 결과는 반도체 산화물 소재의 새로운 가능성을 입증했을 뿐만 아니라, 에너지 소재 분야에서 우리나라가 보유한 세계적인 경쟁력을 다시 한번 확인시켜 주었습니다. 현재 배터리와 수전해 촉매를 포함한 에너지 소재 기술은 전 세계적으로 가장 치열한 연구 분야 중 하나이며, 한국의 기술력은 이 분야에서 최상위권의 위치를 확고히 다져나가고 있습니다.

한국생산기술연구원

화학
융합
공학·기술