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202107.22

흔하지만 소중한 그것, 수소

KFE   
https://fusionnow.kfe.re.kr/post/nuclear-fusion/1307



미래에너지 잇템, 수소!


수헬리베붕탄질산....모두들 눈치 채셨나요? 언뜻 보면 외계어처럼 보이지만 사실은 어려운 원소주기율표를 쉽게 외울 수 있는 마법의 주문인데요. 주기율표는 원소를 양성자의 수에 따라 배열한 표로, 원소들의 종류가 많아 외우기가 어려우니 원소들의 앞 글자만 따서 주문처럼 기억할 수 있도록 만든 것이죠.


주기율표 주문의 첫 번째 시작을 알리는 ‘수’는 수소를 뜻하는데요. 맨 첫 번째 자리를 차지하고 있는 만큼 대중들에게도 가장 익숙한 원소 중 하나일텐데요. 무색 무미 무취로 어찌 보면 눈에 띄는 특별한 특징이 없는 밋밋한 원소같지만 최근에는 수소의 친환경적인 특성 덕분에 새로운 에너지원으로 각광받으며 더욱 대중들에게 가까워지고 있습니다.



가장 대표적인 수소에너지 활용 사례로는 수소차가 있습니다. 연료전지를 이용하여 수소를 이용해 전기를 생산하여 자동차를 운행하는 방식입니다. 물 이외의 배출물이 없어 친환경 운송수단으로 점점 관심이 높아지고 있습니다.




수소에도 종류가 있다?



하지만 문제는 수소가 순수한 수소 상태로 존재하는 경우가 거의 없다는 점인데요. 독립된 형태의 수소를 얻기 위해서는 수소를 분리하는 과정이 필요한 것이죠. 수소의 친환경적인 특성이 주목받는 만큼 이제는 수소를 분리하는 방식에 대해서도 더욱 관심이 높아지고 있는데요. 수소를 생산하는 방식이 얼마나 친환경적인지를 색으로 분류하여 그레이 수소, 브라운 수소, 블루 수소, 그린 수소 4가지로 구분하는 것이지요.


그레이 수소, 브라운 수소는 생산 과정에서 이산화탄소가 가장 많이 발생합니다. 그레이 수소와 브라운 수소를 구분하는 것은 어떤 재료에서 수소를 분리해냈느냐에 따라 달라지는데요. 그레이 수소는 천연가스를 고온 고압 수증기와 반응시켜 물에 함유된 수소를 추출하며, 브라운 수소는 석탄이나 갈탄을 고온고압에서 가스화하여 수소가 주성분인 합성 가스를 만드는 방식입니다.


블루 수소는 천연가스와 이산화탄소 포집 설비를 이용해 생산한 수소를 말하는데요. 그레이 수소처럼 생산은 하지만 이산화탄소를 포집하는 과정이 더해져 그레이 수소보다 실제 탄소 배출량을 줄인 것이죠.


마지막으로 그린 수소입니다. 수소 생산 방식 중 가장 친환경적인 특성을 갖는데요. 재생에너지에서 생산된 전기로 물을 전기분해 하여 생산한 수소를 말합니다. 따라서 생산 과정에서 탄소 배출이 전혀 없어 친환경적이지만 아직은 생산 단가가 높다는 단점이 있습니다.


그레이 수소 혹은 브라운 수소처럼 가장 일반적인 수소 분리 방식을 사용하면 단가가 저렴한 장점은 있지만 우리가 수소를 이용해 진정한 친환경으로 나아가기 위해선 점차 블루수소와 그린 수소의 비율을 높이기 위한 노력이 필요합니다.



인기 많은 수소, 핵융합에서도 중요해~!


친환경 에너지에 대한 관심이 높아지며 수소에너지처럼 주목받는 미래 에너지가 또 한 가지 있죠. 바로 핵융합에너지입니다. 태양에너지의 비밀인 ‘핵융합’ 반응을 지구 상에 구현하여 태양처럼 무한하고 청정한 에너지를 만들기 위한 핵융합에너지 연구가 전 세계적으로 활발하게 이루어지고 있는데요. 놀랍게도 이 핵융합에너지 역시 수소와 아주 깊은 인연이 있는데요. 핵융합에너지의 연료가 바로 ‘수소’이기 때문입니다.



정확하게는 수소의 동위원소인 중수소와 삼중수소를 연료로 사용하는데요. 중수소와 삼중수소를 가열하여 원자핵과 전자가 분리된 플라즈마 상태로 만들고 1억도 이상으로 온도를 높이면 원자핵과 원자핵이 서로 밀어내는 힘을 이기고 융합 반응이 일어나게 됩니다. 이때 아인슈타인의 E=mc^2에 따르면 약간의 질량 결손이 발생하는데 이것이 곧 핵융합에너지의 핵심인 것이죠. 수소로 이루어져 있는 우주의 태양이 핵융합 반응을 통해 무한하고 청정한 에너지를 뿜어내는 것처럼 지구 상의 인공태양도 중수소와 삼중수소를 이용해 에너지를 만들기 위한 연구가 이루어지고 있습니다.


지구상에 풍부한 수소를 이용하여 수소에너지 혹은 핵융합에너지처럼 친환경적인 에너지를 많이 생산해낼 수 있다면 앞으로 인류의 미래를 위협하는 에너지 문제에서도 훨씬 자유로워질 수 있을텐데요.


우리 생활에 더욱 가까워지는 수소에너지처럼 핵융합에너지도 우리 인류의 에너지 문제 해결사로 나서는 그날이 빨리 다가올 수 있도록 많은 국민 여러분들의 응원 부탁 드립니다~!


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