세계적인 탄소 중립의 흐름 속에서 수소경제에 대한 관심이 뜨겁다. 글로벌 수소산업은 이제 시작단계라고 할 수 있다. 단기간 내에 화석연료의 수요를 대체할 수는 없지만 미래의 주요 에너지원으로 수소가 지목되고 있다.

황인상 기자 his@

최근 10여 년간 연료전지 발전시스템의 고도화와 수소전기차의 상용화로 수소의 활용 범위가 크게 확대되면서 수소에 대한 기대가 커지고 있다. 특히 코로나19 팬데믹 이후 주요 국가의 경제재건 정책으로 그린뉴딜과 수소산업이 채택되면서 정부와 기업 모두 앞 다퉈 수소경제로의 이행을 현실화하는 상황이다.

재생 가능한 원료에 기반 수소 생산 연구 수행
이열림 계명대학교 화학공학전공 교수의 행보가 화제다. 폐기물과 폐가스를 자원화하는 데 초점을 맞추고, 이를 활용한 수소 생산 공정 설계와 맞춤형 촉매 개발에 매진해온 이열림 교수는 폐기물 에너지화’, ‘수소 생산’, ‘탄소 중립’ 분야 연구를 통해 42편의 SCIE급 논문(주저자 12편)을 게재하며 그 연구능력을 인정받고 있다.

▲ 이열림 교수

이열림 계명대학교 화학공학전공 교수는 “대학원 재학 당시 폐기물의 가스화와 이를 통해 생성된 합성가스의 업사이클링에 관한 연구를 접하며 그레이수소 생산 공정의 일부를 변화시키는 것만으로도 업사이클링이 가능해짐을 확인했다”면서 “그 후 다양한 재생 가능 원료 가스로부터 수소를 생산하는 일련의 공정에 필요한 세부 공정을 설계하고 맞춤형 촉매를 개발하기 위한 연구를 수행해왔다”고 부연했다. 국제사회가 추구하는 수소경제의 공통된 목표는 청정수소지만 현재 수소경제는 전 세계적으로 사업화 초기단계로, 각국은 그레이수소를 중심으로 초기 수요에 대응하고 있다. 이열림 교수는 “아직까지는 화석연료로부터 생산되는 그레이수소가 총 수소 생산량 중 가장 큰 비율을 차지하고 있다”면서 “때문에 수소경제사회로의 안정적인 진입을 위해서는 그레이수소에 관한 연구들이 지속되며 가교 기술의 역할을 수행해야 할 것”이라 말했다. 이에 이열림 교수는 지난 3월 한국연구재단으로부터 5억 원 규모의 세종과학펠로우십 연구과제를 수주, ‘재생 가능 원료 기반 수소 생산 공정 설계 및 내황 촉매 개발’을 주제로 한 연구를 수행 중이다. 재생 가능 미활용 가스에 맞춤형 공정 설계 및 촉매를 적용하면 합성가스를 기반원료로 하는 고품질화합물은 물론 수소생산도 가능해진다.

이열림 교수는 수소 생산 공정 중에서도 메탄을 산화제와 반응시켜 합성가스를 생산하는 메탄 개질반응(Methane Reforming Reaction, CH₄ + Oxidant → xCO + yH₂)과 일산화탄소를 수증기와 반응시켜 소모하고, 추가로 수소를 생산하는 수성가스전이반응(Water-Gas Shift Reaction, CO + H₂O → CO₂ + H₂)을 중심으로 연구에 매진하고 있다. 폐기물·폐가스의 자원화를 목적으로 진행되고 있는 이 연구는 다양한 종류의 원료 가스를 업사이클링함으로써 여러 환경적 문제 해결에 일조할 수 있으며, 나아가 수소 등 고부가가치의 화합물을 생성할 수 있다는 점에서 기대를 모으고 있다. 이 교수는 “수소를 생산하는 공정이 아직까지는 완전한 경제성을 확보하지는 못한 것이 사실이지만 기술의 발전으로 이러한 점이 개선되어가고 있다”면서 “과거에는 이산화탄소 배출이 문제가 될 거라 생각지 못했지만, 이제는 탄소 발자국, 탄소 배출권 거래 제도 등 여러 관련 제한 사항들이 생겨나고 있다. 이처럼 수소 또한 당장의 경제성뿐 아니라 환경 보호 비용 등 친환경적 측면에서 바라보았으면 한다”고 부연했다.

청정수소 생산 위해 그레이수소 연구도 활발히 이루어져야
현재 기업들은 2050년 탄소 중립을 목표로 수소경제에 눈독 들이고 있다. 온실가스 배출이 없는 청정수소 생산이 핵심이다. 그러나 우리나라는 장기적으로 수소를 수입해 사용하는, 수입 의존국이 될 가능성이 크다. 정부의 탄소 중립 시나리오에 따르면 2050년 국내 수소 수요는 약 3000만t인데 이 중 80%(2200만~2400만t)를 해외 수입 수소로 충당해야 한다. 이열림 교수의 행보가 재조명되는 이유다. 많은 연구자들과 교류하며 다양한 종류의 원료가스 업사이클링 연구를 진행하고 싶다는 이열림 교수는 “이산화탄소의 배출 제한이 그러하듯 폐기물·폐가스에 대한 여러 제한이 생겨나고, 나아가 자원화가 요구되는 시대가 도래할 것”이라며 “여러 종류의 폐기물·폐가스의 자원화에 대한 연구로 미래의 폐기물·폐가스에 대한 제한에 대응하는 데에 긍정적 영향을 미치길 기대한다”고 전했다.

이열림 교수는 앞으로도 단순 소각 또는 방출되는 여러 폐기물 및 폐가스를 자원화하는 업사이클링 연구를 이어 갈 계획이다. 그는 “그레이수소에 대한 연구가 결국 그린수소로 연결되어 언젠가 수소에너지가 인류의 주 에너지원으로 자리 잡을 때 더욱 친환경적인 미래를 그릴 수 있는 발판이 될 것”이라며 “수소에너지 관련 인프라가 자리 잡게 된다면 폐자원으로부터 생성되는 수소에너지의 활용도 또한 높아질 것이기 때문에 여러 폐자원에 대한 자원화 연구 또한 병행되어야 한다”고 피력했다. NM