윤석열 당선인이 '탈원전 백지화' 등 원전을 기반으로 한 에너지 정책을 예고하면서, 수소 분야에도 원전을 활용한 수소 생산이 필요하다는 목소리가 나오고 있다. 실제 많은 에너지 전문가들이 청정수소 생태계를 위해 원전에서 생산된 전기와 열을 통해 수소를 생산하는 적색(핑크) 수소를 강화해야한다고 주장하고 있다.

특히 원전을 활용한 수소 생산은 그린 수소의 단점인 경제성 문제를 해결 할 수 있는 키로 주목받고 있다. 이에 에너지 전문가들은 원자력 활용 수소 중심의 수소 생태계를 구축할 필요하고 있다는 주장이다.

◇ 다시 주목받는 원전, 수소도 함께 주목되다

윤석열 국민의힘 후보가 대통령으로 당선되면서 에너지 분야에서는 큰 변화가 예고되고 있다. 윤 당선인은 대선 당시 ‘실현 가능한 탄소중립과 원전 최강국 건설’을 공약으로 내세웠다. 윤 당선인은 현 정부의 탈원전 정책을 백지화하고, 경북 울진의 신한울 원전 3·4호기 건설 재개와 안전성 검사를 통한 노후원전의 수명 연장 등을 약속했다.

이를 통해 원전의 이용을 늘려 전체 발전원 중 원전 비중을 30% 대로 유지하는 한편, 소형모듈원전(SMR) 등 차세대 원전, 재생에너지, 원전을 활용한 수소 기술 개발 등을 통해 탄소중립을 이행한다는 계획이다.

윤 당선인의 공약으로 인해 원전과 함께 원전을 활용한 수소 생산 기술이 주목을 받고 있다. 실제 국내 에너지 전문가들은 원자력 활용 수소 중심의 수소경제 생태계를 조성할 필요가 있다고 주장하고 있다.

실제 지난 3월 18일 에너지경제연구원은 ‘세계 원전 시장 인사이트’를 통해 박찬오 서울대 원자력정책센터 연구위원의 ‘미국의 원자력 수소개발 동향과 시사점’을 게재했다.

해당 자료를 통해 박찬오 연구위원은 “여러 주요국이 수전해를 통한 청정 수소 생산을 기후위기 대응 핵심축으로 인식하고 있다”며 “우리나라도 경쟁력을 갖춘 원자력 수소경제 이행의 주요 축으로 채택·개발해 지속가능한 청정수소 생산 생태계를 조성해야 한다”고 주장했다.

◇ 원전으로 생산되는 수소도 있다

수소는 우주 질량의 75%를 차지할 정도로 무한하며, 연소시 물만 배출될 뿐 발생되는 오염원이 없기 때문에 무해한 에너지원으로 꼽힌다. 단점은 지구상의 수소는 순수한 상태로 존재하는 경우가 거의 없다는 점이다. 지구상의 대부분의 수소는 산소와 결합해 물로 존재하거나 탄화수소 등의 화합물의 형태로 존재한다. 결국 수소를 얻기 위해서는 화합물에서 수소를 분리하는 과정이 필요하다.

수소를 생산하는 방법은 물이나 화석연료 등 분리 대상 원료(수소 함유 화합물)와 투입 에너지원의 조합에 따라 다양하며, 생산 방식에 따라 색상으로 구분하고 있다. 현재 전 세계에서 사용되는 수소는 거의 대부분이 천연가스를 개질해 추출한 ‘그레이 수소’로, 이산화탄소 배출이 발생하는 수소다.

국제에너지기구(IEA)의 전망에 따르면 현재 9000만톤 정도인 수소 수요는 지속 확대돼 2050년 5억 2000만톤에 이를 것으로 예상된다. 이에 수소 생산 방식도 그레이 수소에서 탄소 배출을 줄일 수 있는 ‘수전해 방식’으로 빠르게 전환될 것으로 전망된다.

전기로 물을 분해해 수소를 생산하는 수전해 방식도 어떤 전력을 사용하느냐에 따라 크게 3가지로 분류하고 있다. 발전 과정에서 이산화탄소가 발생하는 전기를 사용할 경우 ‘옐로우 수소’, 재생에너지를 활용해 이산화탄소 발생 없이 수소를 생산하는 경우 ‘그린수소’, 마지막으로 원전을 활용해 수소를 생산할 경우 ‘적색(핑크) 수소’로 구분된다.

결국 이산화탄소 발생 없이 수소를 생산하는 방법은 재생에너지를 활용해 물을 수전해해 생산하는 ‘그린 수소’와 원전을 활용해 수소를 생산하는 ‘적색(핑크) 수소’로 정리된다. 그러나 두 방법 역시 치명적인 단점이 존재한다.

그린수소의 경우 재생에너지 인프라 구축이 필요하며, 발전 단가가 높기 때문에 가격 경쟁력에 있어 약점을 드러낼 수 있다. 원전을 기반으로 생산되는 핑크 수소는 당연 원전의 안전성 문제와 핵폐기물 발생 등의 고질적인 문제가 있다.

◇ 청정수소 생산체계, 원전이 새로운 키 될까?

현 정부는 지난해 수소경제 전주기 생태계 구축과 청정수소 경제를 선도하기 위한 ‘제1차 수소경제 이행기본계획’을 발표한 바 있다. 당시 정부는 ‘그린수소’와 함께 그레이 수소에서 이산화탄소를 포집·저장해 탄소배출 없애는 ‘블루수소’를 청정수소로 분류하고, 청정수소 생산계획과 그린 수소 생산단가 저감을 목표로 설정했다.

정부는 2030년까지 총 수소수요 390만톤 중 25만톤은 생산단가 3500원/kg 수준인 그린수소로 공급하고, 75만톤을 블루수소로 공급한다는 계획이다. 2050년에는 총 수소 수요 2790만톤 중 300만톤은 생산단가 2500원/kg 수준의 그린수소로 공급하고, 200만톤은 블루수소로 공급한다는 계획이다.

하지만 에너지 전문가들은 수소가격이 1800/kg 수준이 돼야 경제성 확보가 가능할 것으로 분석하고 있다. 비싼 수소 단가는 수소경제 활성화에도 도움이 되지 않는다는 평가다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 한 축으로 제시되는 것이 바로 원전을 활용한 수소 생산이다. 당시 정부의 계획에는 원전을 활용한 적색(핑크) 수소가 포함되지 않았다.

이에 대해 박찬오 연구위원은 “한국의 원자력 수소의 경우 정부가 목표로 하는 청정수소 생산 단가 대비 평준화 수소생산 단가(LCOH)와 공급 효율성, 재생에너지와의 상생을 기준으로 할 때 타당성이 충분하다고 판단된다"며 "공급 효율성 측면에서 볼 때 원전의 계속운전이 허용되고 이를 원자력 수소 생산 전용으로 활용할 경우 재생에너지 기반의 전해수소 정부 공급 목표량은 별도의 발전 설비를 건설하지 않아도 원자력 수소로 비용 효과적인 대체가 가능하다"고 분석했다.

실제 청정수소의 요구가 높아지면서 미국과 유럽 등에서는 원전을 활용한 수소 생산에 투자를 늘리고 있는 상황이다. 특히 미국의 경우 2010년대 중반부터 아이다호국립연구소를 중심으로 가동원전의 수지 개선 일환으로 원전을 이용한 원자력 수소 생산 타당성을 연구해 왔으며, 바이든 행정부에 들어서는 온실가스 감축의 핵심 수단으로서 청정수소 기술개발과 산업화를 정부가 지원하고 있다.

이에 박찬오 연구위원은 “우리나라도 원전을 활용한 수소 생산을 위해 규제개선과 인프라 구축, 수용성 제고 등을 위한 중장기적 전략 마련과 실행이 필요하다”며 “수소법, 전기사업법, 녹색분류체계 등 관련 볍제도 개선을 통해 원자력 수소 개발·실증·사업이 용이한 환경을 조성해야 한다”고 주장했다.

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