탄소중립 수소혁명

들어가면서 •004
서문 • 009


[제1장 총론]
탈탄소 사회 실현의 첫 걸음 • 026
1차 에너지원의 전기화 • 전기의 국가 간 이동이 가능해진다 • 로열 더치 쉘의 저탄소화 전략보고서 • 쾌적한 주거와 친환경 오피스 공간
수요-공급을 연결하는 에너지 공급망 • 039
에너지 공급망과 사회 인프라 • 에너지 공급망의 효율성 향상 • 태양광 에너지의 프로슈머전망
새로운 전력 공급 ‘마이크로그리드’ • 048
마이크로그리드의 상용화 • 미국 블랙아웃의 교훈 • 수소에너지 기반의 마이크로그리드
전력의 수소화 전환 - Power to Gas (P2G) • 054
P2G 기술을 선도하는 독일 • 1차 에너지와 2차 에너지의 역전 • 일본의 수소에너지 저장 기술 • 한국의 기술력은?
에너지 공급망의 회복탄력성 • 062
회복탄력성 - 공급망의 필수 요소 • 분산형 에너지 보급과 수요의 관계성 • 안정적인 전력 공급의 중요성

[제2장 생산과 인프라]
수소사회 구현을 위한 인프라 • 072
‘나무를 보고 숲을 보지 못하기 쉽다’ • 수소사회는 장기적 비전 • 가정용 연료전지의 기술개발 • 수소연료전지 자동차 • 우리나라 수소충전소의 보급 현황
수소에너지의 가치 • 087
수소경제의 개화 - 확산 단계 • 수소에너지에 대한 의문과 답변 • 암모니아가 수소에너지의 운반체 • 암모니아 - 수소 화합물을 연료로 사용 • ‘그린암모니아’의 경제성
셰일가스로 수소 대량 생산 • 099
셰일가스는 무엇인가 • 수압파쇄 및 수평굴착 기술 • 셰일가스 매장지와 매장 추정량 • 에너지 대기업들의 ‘골드러시’ • 셰일혁명이 가져올 에너지 변화 • 셰일혁명으로 인한 국제질서 변동
셰일가스의 수소 분리 공정 • 110
수증기 개질 • 부분산화 개질과 자기열 개질 • 플라즈마 개질 • 다양한 수소 분리 공정 •고순도 수소 정제 공정
천연가스를 기초로 하는 수소 생산과 공급 • 123
자동차용 연료가 수소경제 선도한다 • 21세기 수소 제조는 합금으로 결정 • 온사이트형(현지 생산) 수소 제조 • 일본의 온사이트형 수소충전소 • 새로운 수소 제조 기술
석탄으로 수소 대량 생산 • 137
석탄에 대한 인식 전환 필요 • 석탄가스화에 의한 수소제조 • HyPr-RING법에 의한 수소생산 기술 • 수소 원료로서 석탄의 잠재력
석유 정제에 의한 수소 생산 • 147
석유화학 플랜트의 수소제조 • 국내 에너지 메이커들의 대변신

[제3장 CCUS와 수소생산]
CCUS 기술은 탄소중립의 ‘게임체인저’ • 158
CCUS 기술의 의미와 배경 • 글로벌 CCUS 프로젝트 현황 • CCUS 기술력의 현주소와 한계 • 미국의 선도적인 CCUS 기술 • CCU와 CCS 경제성 및 공공성
PSA 공법에 의한 초고순도 수소 • 174
PSA 정제의 원리 • 국내 고순도 수소 생산 현황 • PSA 공정과 신공법 비교
열화학적 저온 수소생산 • 180
열화학적 물분해의 원리 • M-Redox 사이클의 가능성 • 독일의 청록수소 그린수소 투자
광합성 미생물 수소생산 • 189
혐기 발효는 무엇인가 • 해양 미생물 ‘NA₁’의 등장 • 바이오매스(Biomass)
태양광 물 분해에 의한 수소생산 • 196
광전기화학의 발달 • 좋은 광전극이 필요 • 광촉매 개발의 세계적 동향 • 솔라 반응 시스템의 개발

[제4장 암모니아 경제의 개막]
수소경제의 ‘징검다리’ 암모니아의 등장 • 212
암모니아 연소 메커니즘 • 발전용 가스터빈 연료 • 석탄화력 발전과 암모니아 혼소 기술 • 천연가스/암모니아의 혼소 실험
암모니아의 생산과 활용 • 225
암모니아가 재등장한 배경 • 암모니아의 전기화학적 생산 • 암모니아 엔진 개발 • 암모니아 추진 선박의 상용화
무탄소 암모니아 공급 프로세스 • 243
무탄소 암모니아의 제조 현황 • ‘그린암모니아’ 생산의 다양한 가능성 • 암모니아 제조의 신기술 개발 • 수송과 저장에 필요한 기술 • 암모니아 이용 기술의 현황 • 무탄소 암모니아의 제조 비용
수소에너지의 새로운 운반체 암모니아 • 260
액화수소의 운반체 역할 • 액화수소 기술의 혁신 자기냉동법 • 메틸시클로헥산(MCH) •
초고순도 액화수소와 메틸시클로헥산 • 수소운반체 암모니아의 장단점
수소에너지 운반체 공급망 • 274
공급망 구축의 요건 • 공급망 구축 기술의 성숙도 • 수소 에너지 도입 비용 • 수소 운반체 무탄소 암모니아 • 국제에너지기구 IEA 보고서
무탄소 암모니아 생태계 구축 • 284
그린암모니아 컨소시엄’(GAC) • GAC 로드맵이 국제 표준 • 글로벌 기업들의 암모니아 생산 동향 • 블루 암모니아의 개발

[제5장 수소경제, 수소사회]
수소경제 생태계 구축을 위한 과제 • 296
‘무탄소 암모니아’ 시장의 특징 • ‘무탄소 암모니아’의 경쟁력 • 한국의 수소 생산 단가 • ‘무탄소 암모니아’ 생태계 구축 • 전략적 이노베이션 창조프로그램(SIP) • 수소사회를 지향하는 인류의 노력
압축수소 용기의 기술적 과제 • 309
수소의 저장방식 • 화학적 저장방식 • 액체수소 저장 방식에 대하여
일본 수소 생태계 구축의 전망 • 314
2017년 수립한 수소에너지 전략 • 대량공급 인프라의 구축 • 2030년 수소충전소 5000개
건설 • 일본의 축압용기 개발 현황 • 국내 축압용기 개발 현황 • 강철제 고압 축압용기의 개발
수소흡장합금을 이용한 수소 저장 • 332
수소흡장합금의 효용성 • 합금 실용화에 대한 연구 개발 • 연료전지 스쿠터 • 수소흡장합
금의 단점
수소연료전지 시대가 열린다 • 339
고체 원형 연료전지 • 분말 형태의 수소화칼슘 개발 • 고체 수소연료전지의 미래 • 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC) • 고체산화물 연료전지 (SOFC)
자동차용 수소연료전지의 미래 • 356
주행거리와 충전시간 • 수소연료전지 vs 리튬이온 배터리 에너지 밀도 비교 • 수소차의 기술적 난제
수소차와 배터리 전기차의 효율 • 367
FCEV와 BEV 가운데 어느 쪽이 우세할까 • FCEV와 BEV의 에너지 효율 • 세계 자동차 메이커들 수소차에 올인
가정용 연료전지의 개발 전망 • 376
가정용 연료전지 개발의 시초 • 연료처리장치 및 촉매의 개발
수소엔진의 가능성과 한계 • 382
수소엔진의 개념 • 유럽시장의 수소엔진 개발
수소발전소 기술의 가능성 • 388
수소발전이 중요한 이유 • 수소발전소의 가동 • 원전 이용한 ‘그린수소’ 생산 • 소형 모듈 원전 SMR의 장점과 단점 • 수소생산에 특화된 SMR • 토륨 원자로에 대한 기술적 분석
수소사회를 향한 인프라 확충 • 404
국내 수소충전소 현황 • 원천 기술 확보의 중요성
수소경제와 탈원전 정책의 조화 • 409
신·재생에너지의 저조한 생산성 • 2030년 글로벌 원전 능력 • 수소 2050년 3000조 시장

블루수소 내지 청록수소가 화석연료의 공해를 해결하는 대체 연료로 등장했다.

테슬라의 CEO 일론 머스크는 2021년 초 새해 구상에서 최상의 CO2 포집·활용·저장CCUS에 1억 달러를 기부한다고 밝혔다. 돈의 흐름에 누구보다도 밝은 머스크의 행동은 세계적 주목받을만 하다. 거금을 쾌척한 그가 CCUS 기술의 중요성을 깨달은 것이다. 사실상 탄소중립을 성취할 ‘게임 체인저’ 기술로 CCUS 기술을 인식하고 있는 것이다.

CO2의 포집, 활용, 저장Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS을 의미하는 CCUS 기술은 인류가 화석연료를 버릴 수 없다는 사실을 토대로 한다. 화석연료는 지금까지 300년 가까이 인류가 활용해온 까닭에 기술적 경험적인 지식 축적이 충분하다. 탄소중립 내지 탈탄소사회로 간다고 해서 어느날 갑자기 화석연료를 버린다고 가정해보자. 가정한다는 것 자체가 넌센스다. 화석연료를 쓰지않을 수 없다. 화석연료에서 유래하는 에너지는 인류 생존에 필수적 요소인 것이다. 따라서, 화석연료의 단점을 보완해 고치는 기술이 바로 CCUS 기술인 것이다.

CCUS는 대량의 CO2가 발생되는 근원 단계에서 CO2 방출을 저지하고 재활용하는 기술을 통칭한다. 과거에도 그린피스 등 환경보호단체에서 주장했지만, 당시엔 기술적 미흡으로 주목받지 못했다.

- CCUS 기술은 탄소중립의 게임체인저