미국 누스케일 파워의 소형 모듈형 원자로 구성도, 하루 200톤의 수소를 생산할 수 있다. (누스케일)

[오토헤럴드 김흥식 기자] 수소는 대표적인 미래 에너지다. 자동차의 화석 연료 또는 전기차를 대체하는 운송 분야뿐만 아니라 전력 인프라 전환의 핵심 대안으로 떠오르고 있다. 수소의 가장 큰 강점은 연소 시 이산화탄소가 아닌 ‘물’만 배출한다는 점이다.

고온 공정이 필요한 철강이나 석유화학 분야, 장거리 운송 수단 등 기존의 전기만으로는 대체하기 어려운 산업군에서 수소는 사실상 유일한 무탄소 에너지원으로 꼽힌다. 에너지 저장 및 운송에서도 효율적이며 재생에너지의 간헐성을 보완하는 장기적 전력 저장 수단으로도 부각된다.

글로벌 주요 기업과 연구기관들은 ‘수소 경제’의 주도권을 확보하기 위한 기술 개발 경쟁에 돌입했다. 고체산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) 기반 수전해 기술로 가역형 전지 시스템이 상용화 단계에 접어 들었고 소형 모듈형 원자로(SMR: Small Modular Reactor)를 활용한 수소 생산 기술 개발 경쟁도 치열하다. 

이런 가운데 미국 누스케일파워(NuScale Power)가 세계 최초로 SMR 기반 통합 수소 생산 시뮬레이터 구현에 성공하며 주목을 끌고 있다. 누스케일은 GSE솔루션스(GSE Solutions)와 협력해 오리건주 코발리스 본사에 구축한 시뮬레이터를 통해 하루 최대 200톤 규모의 수소 생산이 가능한 시스템을 현실에서 재현했다.

200톤의 수소는 현대차 수소 전기차 넥쏘 3만 5000여 대가 동시에 충전할 수 있는 규모다. 누스케일의 SMR 기반 수소 생산이 현실화한다면 미래 모빌리티는 수소 전기차로 빠르게 대체될 수 있다는 긍정적 전망이 나오고 있다. 

누스케일 시뮬레이터는 두 가지 기술을 핵심으로 한다. 하나는 누스케일의 소형 모듈형 원자로인 누스케일 파워 모듈(NPM)로 이 모듈에서 발생하는 고온 증기를 활용해 고온 수증기 전기분해(HTSE)를 수행할 수 있다. 다른 하나는 가역형 고체산화물 연료전지(RSOFC)로 전기, 수소, 깨끗한 물을 동시에 생산할 수 있는 이중 기능을 갖춘다.

누스케일의 소형 모듈형 원자로. (누스케일)

이번 개발은 단순한 실험실 수준의 기술을 넘어 실제 제어실 운영 환경에서 SMR과 수소 생산 시스템 간의 모든 열역학적·공정적 상호작용을 실시간으로 재현했다는 점에서 의미가 크다. 누스케일은 해당 시뮬레이터를 통해 시스템 검증은 물론, 운영자 교육 및 전문 인력 양성까지 병행할 계획이다. 이를 통해 향후 SMR 기반 수소 인프라 운영에 필요한 숙련된 인력풀을 조기 확보하겠다는 전략이다.

전통적으로 재생에너지는 수소 생산의 주된 기반으로 인식돼 왔지만 생산량과 공급이 불안정하다는 단점을 갖고 있다. 반면 SMR은 항시 운전 가능한 기저부하 전원으로 고온 수전해에 필요한 안정적인 전기와 열 공급이 가능하다. 누스케일은 이러한 특성을 통해 보다 견고하고 확장 가능한 수소 생산 인프라를 구축하겠다는 방침이다.

누스케일의은 이번 통합 시뮬레이터 재현 성공은 수소, 에너지, 물 부족이라는 글로벌 위기를 동시에 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 특히 누스케일은 수소 산업의 미래를 바꿀 분기점이자 산업과 환경의 지속가능성을 함께 달성할 수 있는 플랫폼이 될 것으로 자신했다. 

수소 경제의 실현은 더 이상 미래의 이야기만은 아니다. 누스케일이 선보인 기술은 수소 생산과 에너지 시스템의 통합을 실증적으로 보여주는 전례 없는 시도라는 평가를 받고 있다. 한편 한국도 혁신형 소형모듈원자로(i-SMR)를 중심으로 수소 생산과 담수화 등 다목적 활용 기술 개발을 본격화하고 있다.

특히 한국수력원자력은 실증용 시뮬레이터를 구축해 SMR 기반 수소 생태계 조성을 위한 운전 훈련 및 설계 검증 체계를 갖춰가고 있어 가까운 미래, 국내 독자 기술로 가장 깨끗한 기술로 수소를 대량 생산해 에너지로 사용할 수 있을 전망이다. 

김흥식 기자/reporter@autoherald.co.kr

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