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[미네르바의 눈] 미국, 1MW급 원전 기반 수소생산 개시
최봉 산업경제 전문기자
입력 : 2023.03.13 03:01
ㅣ 수정 : 2023.03.13 08:32
[기사요약]
미국 최대 원전기업 컨스털레이션, 3월초 원전기반 수소생산 시작
최근 러-우크라 사태로 인한 에너지안보 이슈, 원전 수소생산 중요성 부각
미국, EU, 일본 및 중국 등, 실증과 상업생산 프로젝트 진행 중
우리나라도 원전 기반 수소생산 위해 다각적 노력
‘청정성’ 논란에도 불구하고 에너지전환 과정에서 원전의 역할 필요
[뉴스투데이=곽대종 산업연구원 연구위원] 뉴욕주 오스위고(Oswego)에 위치한 컨스텔레이션(Constellation)의 나인 마일 포인트(Nine Mile Point) 원자력 발전소에서 미국 최초의 1MW급 실증 규모 원전 수소생산 시설이 3월 7일 가동을 시작했다.
2022년 미국 에너지부(DOE)는 나인 마일 포인트에 580만달러를 지원하여 전해조 시스템을 건설 및 설치하는 것을 승인한 바 있다. 이 프로젝트는 DOE의 수소 및 연료 전지 기술 사무소에서 H2@Scale 프로그램을 통해 자금을 지원하고 있다.
나인 마일 포인트 수소생산 시스템의 컨테이너형 양성자 교환막은 시간당 1.25MW의 에너지를 사용하여 물속의 수소와 산소 원자를 분리하여 하루에 560kg의 수소를 생산 중이다.
컨스털레이션은 원전을 이용한 상업용 수소생산을 위해 2025년까지 9억달러를 투자할 계획이다.
• 러시아의 우크라이나 침공에 따른 에너지안보 이슈로 원전 수소생산 부각
원전이용 수소기술은 원자로에서 나오는 열과 전기를 활용하여 수소를 대량생산하는 기술을 말한다.
<원자로와 수전해 방식 및 효율 비교>
고유가로 인해 대체에너지원이 주목받게 되면서 최근에는 2050 탄소중립 달성과 러-우크라 사태에 따른 에너지안보 이슈로 인해 관련 연구가 활발해지고 있다.
원자로는 크게 경수로(LWR)와 비경수로로 나누며 비경수로에는 소듐냉각고속로(SFR), 용융염원자로(MSR) 및 초고온가스로(VHTR)이 있다.
그리고 수전해 공정은 천연가스 개질, 저온 수전해(PEM, AEM 등), 고온수전해(SOEC), 열화학 및 메탄열분해 등이 있는데 원전 수소생산에는 주로 저온 및 고온 수전해 공정이 활용된다.
<원자로 수전해를 통한 수소생산>
• 미국을 비롯한 선진 각국, 원전 기반 수전해 프로젝트 활발히 추진 중
지난해 1월 스웨덴의 원전에서 생산된 수소가 세계 최초로 상업적 계약을 기반으로 한 판매가 시작되었다.
최근 선진국들은 원전을 기반으로 한 수소생산 실증 및 상업생산 프로젝트를 활발히 추진하고 있는데 특히 원전 비중이 절대적인 프랑스가 영국 원전부지에서 여러 사업을 진행 중이며 중국은 세계 최초의 차세대 모듈형 원자로 가동 등에 기반하여 공정열을 이용한 수소생산 프로젝트 등을 가동하고 있다.
또한 일본은 관련 로드맵에 의거하여 초고온가스로를 포함한 원전 기반 수소생산 장기 원가 목표를 설정하여 추진하고 있다.
<주요국별 원전 이용 수소생산 프로젝트>
• 우리나라도 세계 1등 수소산업 육성을 목표로 원전 이용 수소생산 추진 중
국내에서도 2022년 5월 신정부 출범과 함께 110대 국정 과제 가운데 청정수소‧재생에너지 등 다양한 에너지원 확보를 통한 신산업‧신시장 창출을 천명한 바 있다.
특히 수소경제 실현 항목에서는 세계1등 수소산업 육성을 목표로 국내 수소 생산‧공급‧활용 기반을 확충할 계획이다.
이를 위해 지난해 5월 말 수소법 개정안이 통과됨으로써 원자력기반 수소가 청정수소에 포함되었으며 이에 앞서 지난해 4월에는 산업통상자원부가 한국수력원자력에 원자력 수소 생산‧저장 플랜트 설계 및 안전성 분석을 위한 용역과제(2024년 완료 예정)를 발주한 이후 수소생산용 차세대 원자로 설계 완료(2026년) 및 원자력 수소 실증설비 운영(2027년부터)을 추진 중이다.
• 원전 기반 수소의 청정성 논란에도 탄소중립 과정에서 일정 역할 불가피
러-우크라 사태 이전에는 미국과 유럽은 물론 러시아나 중국까지 전세계에서 탄소중립은 더 이상 피할 수 없는 국가적 아젠다로 부상했다.
그런데 2022년 2월 말 발발한 러시아의 우크라이나 침공으로 인한 글로벌 에너지안보 위기는 이러한 재생에너지 대폭 확충 중심의 에너지전환 기조에 불확실성을 더하였다.
따라서 선진 각국은 물론 전세계 모든 국가가 천연가스 등 전통 에너지원의 안정 확보와 더불어 재생에너지 확충을 병행할 수밖에 없게 되었으며 이러한 변화된 환경에서 원전의 중요성은 필연적으로 재부각되었다.
원전이 과연 청정한 탄소중립적 에너지원인가에 대해서는 아직도 논란이 많다.
후쿠시마 원전 사고 등에 따른 안전성 관련 근본적 문제뿐만 아니라 폐기물 처분과 관련된 문제로부터 여전히 자유롭지 못한 것이다. 따라서 원전을 통해 생산된 수소가 과연 ‘청정한’ 수소일까 하는 의문은 여전하다.
그럼에도 불구하고 탄소중립을 향한 에너지전환의 지난한 여정을 위해 원전의 일정한 역할을 부인할 수는 없을 것이다. 부디 원만한 사회적 합의로 에너지 전환이 가속화되기를 기원한다.
[정리=최봉 산업경제 전문기자]
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