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가까운 미래, 수소도시는 어떤 모습일까?

[수소도시 추진, 어떻게] ③ 그리는 미래

2019.11.22 이종석 국토교통과학기술진흥원 연구위원
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오는 2022년에는 수소를 냉·난방과 전기, 교통 등 도시 주요기능의 에너지로 쓰는 ‘수소도시’가 우리의 현실이 될 전망이다. 이를 위해 정부는 올해 안으로 전국 지자체 중 3곳을 ‘수소 시범도시’로 선정하고 계획 수립과 인프라 구축에 나선다. 과연, 수소는 안전할까? 수소를 사용하는 도시는 어떤 모습일까? 전문가가 알려주는 ‘수소도시’ 이야기를 들어본다.(편집자 주)

이종석 국토교통과학기술진흥원 연구위원
이종석 국토교통과학기술진흥원 연구위원

2019년은 우리나라가 수소경제를 선포한 원년이다. 정부는 지난 1월 세계 최고수준의 수소경제 선도국가로 도약하기 위한 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표하고 수소를 새로운 혁신성장 동력이면서 친환경 에너지의 원동력으로 삼아 2040년까지 수소 경제를 선도할 산업생태계 구축과 이를 지원할 수소생산 및 공급시스템 등의 조성을 지원해 나아갈 것임을 밝혔다.

이후 정부의 수소경제 활성화를 이행할 구체적 추진방안으로써 지난 10월 국토교통부는 도시 내 수소생태계 조성을 목표로 하는 ‘수소 시범도시 추진전략’을, 과학기술정통부는 국가연구개발사업을 통해 수소에너지 분야의 최장 2040년까지의 단기·중기·장기 기술개발 추진 전략을 담은 ‘수소기술개발 로드맵’을 각각 발표하였다.

필자는 우연히 이러한 정책수립 과정에 참여할 수 있는 기회를 가지게 되었다. 현재는 수소기술개발 로드맵을 기반으로 하는 국가연구개발사업의 기획연구에 참여하고 있다. 정책수립 과정과 기획연구에 참여하면서 관련 분야 여러 전문가들을 만나 미래 수소사회의 모습을 함께 그려보았고 현재도 이들과 함께 고민하고 있다. 이 글에서는 정부 부처의 세부 정책 수립과정에서 전문가들과 함께 그려 본 수소도시를 통해 2040년쯤 만나게 될 우리나라의 수소사회 미래 모습을 소개하고자 한다. 

미래 수소사회와 수소도시

인류의 삶을 획기적으로 변화시킨 1·2·3차 산업혁명에는 이를 가능하게 만든 주요 에너지 자원인 ‘나무-석탄-석유’가 있었다. 하지만 최근 화석연료 사용으로 인한 기후변화 문제가 대두되면서 전 세계적으로 ‘탈탄소화’가 급격히 진행 중이며, 신재생에너지에 대한 관심과 수요도 폭발적으로 커져가고 있다.

미래학자 제러미 리프킨은 그의 저서 <수소 혁명(2002)>에서 ‘수소’가 미래에는 인류의 주요 에너지 자원이 될 것으로 예측한 바 있다. 풍력, 태양광 등 재생에너지와 함께 자원고갈로부터 자유롭고 무공해 에너지원인 ‘수소’가 4차 산업혁명을 뒷받침 하는 주요 에너지 자원의 자리를 차지하게 될 것이다. 

수소가 새로운 에너지원으로 산업과 생활에 활용된다는 것은 단순히 기존 화석 에너지에 대한 교체가 아닌 필요한 에너지를 직접 생산하고 이용할 수 있는 사회로의 진입을 의미하는 것으로 우리의 생활과 경제활동의 모습이 획기적으로 바뀌게 될 것이다.

미래 수소도시 예상모습(안).
미래 수소도시 예상모습(안).

미래 수소사회에서는 화석연료에서 수소를 생산하는 방식에서 탈피하여 신재생에너지를 활용, 청정수소를 생산하게 된다. 또 수소의 액화·고체화 기술로 생산된 수소를 대용량으로 운송·저장하여 도시에서 수소를 에너지로 사용하는데 있어 가장 큰 걸림돌이 되었던 도시내·도시간 운송·저장 비용을 획기적으로 낮춰 수소의 경제성은 더욱 높아질 것이다.

미래 수소도시에서는 수소의 생산-저장·이송-활용에 필요한 인프라가 도시내에 구축되어 수소가 도시의 주된 에너지원이 된다. 수소도시에서는 시외지역에서 석탄, 석유 등 화석연료 등을 태워서 발전을 하고, 송전탑을 통해 전기를 도시까지 가져와서 전력을 공급하는 방식 아닌 도시 내에서 태양광과 풍력발전기 또는 생활쓰레기, 폐플라스틱 등을 이용하여 수소를 생산·보관한 후 수소배관망을 통해 도심 건물 및 주택 등에 수소를 공급하여 건물내 설치된 연료전지를 통해 필요한 전력과 열을 만들어 사용하게 된다.

건물에서 수소 생산에서부터 활용까지의 전주기 에너지 관리는 건물에너지 관리시스템인 ‘BEMS(Building Energy Management System)’ 등을 통해 이루어진다. 도시 차원에서의 BEMS와 같은 유사한 역할은 ‘메가스테이션(Mega-Station)’에서 이루어진다.

메가스테이션은 도시차원에서 대용량 수소를 생산-저장·이송-활용 상태를 모니터링하고, 시민들이 수소를 사용함에 있어 안전하고 불편함이 없도록 수소도시 운영에 필요한 모든 정보들을 취합하고 관리하는 역할을 담당하게 된다.

또 수소도시에서는 BEMS와 메가스테이션의 상호 연계를 통해 각 빌딩이나 주택 등에서도 태양광 및 풍력발전기 등을 통해 자체 전력을 생산하고, 잉여 전력은 수소를 생산·보관한 후 전력수요가 증가할 경우 연료전지를 통해 전력을 사용하거나 메가스테이션을 통해 거래도 가능해진다.

한편, 수소도시내 연료전지의 보급이 일반화되면 수소를 이용해 가정이나 건물에서 직접 전기와 열을 만들 수 있게 됨에 따라 대형 송전탑의 건설로 인한 사회적 갈등 문제도 수소사회에서는 더 이상 보기 어려워질 것이다.

전기자동차 대비 짧은 충전시간, 긴 운행거리 등과 같은 수소연료전기자동차의 장점으로 인해 미래 수소사회에서는 수소자동차 외에도 버스·트럭·건설 중장비·열차·노면전차(트렘)·드론·선박 등 다양한 교통수단들이 수소를 연료로 사용하게 될 것이다.

특히, 상업용 교통수단들의 수소의 사용은 미세먼지 등 오염물질 배출량을 상당량 줄여 청정도시 구현에도 크게 기여하게 될 것이다. 미래 수소도시 수소충전소에서는 다양한 교통수단들이 함께 연료 충전을 하는 것이 가능해지며, 재생에너지 등을 이용하여 수소를 자체 생산·저장·공급까지 가능한 융·복합 충전소 형태가 될 것으로 기대된다. 또 복합환승센터·주차장·버스 차고지·철도 역사 등 주요 생활편의 시설 등에도 수소충전소가 위치해 시민들의 경제활동이 이루어지는 공간에서도 수소에너지의 활용이 가능하게 된다.

미래 수소사회에서 수소도시는 도시의 입지, 기능과 경제사회적 특성에 따라 여러가지 모습으로 표출될 수 있다. 인천공항과 같은 미래의 공항도시는 드넓은 공항부지에서 태양광과 풍력발전을 하여 수소를 생산·저장하였다가 수소를 유사시 공항 운영의 비상 전력원 활용이 가능하다. 

평시에는 수전해를 통해 생산된 수소는 공항리무진 버스, 물류운송 차량 등의 연료로 사용하고 수소생산 과정에서 부가적으로 발생하는 산소는 공항내 산소농도를 쾌적하게 유지하는데 사용이 가능할 것이다. 이와 같이 국내 여러 중소도시들의 수소도시로의 변화와 발전 가능성은 국토교통부의 ‘수소 시범도시’ 조성을 통해 예측해 볼 수 있을 것으로 예상된다.

수소도시를 위한 준비

과거의 정부에서도 ‘친환경 수소경제 구현을 위한 마스터 플랜’을 발표하고 수소경제 구현을 위해 노력한 바 있었다. 하지만 당시 국내 기술력의 부족과 관련 법 제정 미비로 실제 정책으로 연결되지는 못하였다. 또 이러한 정책추진에 대한 사회적 합의도 부족했던 것이 사실이다.

아무리 좋은 기술이 개발되어도 국민들의 생활에 녹아들어 받아들여지기 위해서는 사회적 구성원들의 합의가 선행되어야 한다. 특히 수소와 같은 에너지 정책의 추진에 있어서는 국민적 합의와 주민 수용성 문제 해결은 가장 중요한 전제 조건이다.

따라서, 수소가 단순히 화석에너지의 대체제가 아닌 새로운 청정에너지원으로 우리 생활 속에 자리 잡고 사용되기 위해서는 관련 법 및 제도의 제정과 개선이 시급하다. 현재 국회에서는 수소경제와 수소도시 추진을 원활히 지원하기 위한 ‘수소경제법’, ‘수소산업 육성 특별법’, ‘수소도시 조성 및 운영 특별법’ 등 관련 법안들이 발의되어 있다.

아무리 좋은 기술개발이 되어도 이를 지원하는 법 및 지원 제도가 적시에 마련되지 못하여 상용화 시기를 놓쳐버리거나 국내외 관련 시장을 우리나라와 기술경쟁 관계에 있는 외국에 빼앗겨 버리는 과거의 실수를 반복하지 않기를 바란다.

정부는 산업 전반에 걸친 기술 확보가 계획대로 이루어질 수 있도록 관련 법 및 제도 마련에도 힘을 기울여 이 글에서 그려 본 수소사회와 수소도시가 가까운 미래에 이루어지는 모습을 볼 수 있도록 힘써주길 바란다. 이를 통해 최종적으로 우리나라가 수소경제라는 기회의 문을 활짝 열고 수소경제 시대를 주도하는 에너지 자립국이 될 수 있기를 희망한다.

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