핵수소생산이란?

핵수소 생산은 대규모 수소 생산을 위해 선호되는 방식으로 널리 알려져 있지만, 그 진행 속도는 더디게 진행되는 것으로 보입니다. 그렇다면 핵수소생산이란 무엇인가?

핵수소생산, 즉 수소의 대량생산을 위해 첨단수소생산공정과 결합된 원자로입니다. 원자력 에너지를 이용한 수소 생산은 온실 가스가 없고 물을 원료로 하며 효율성이 높고 대규모라는 장점이 있으므로 향후 대규모 수소 공급을 위한 중요한 솔루션입니다. IAEA 추정에 따르면 250MW 소형 원자로는 고온 핵반응을 이용해 하루 50톤의 수소를 생산할 수 있다.

원자력에서의 수소생산 원리는 원자로에서 발생하는 열을 수소생산의 에너지원으로 활용하고, 적절한 기술을 선정하여 효율적이고 대규모의 수소생산을 실현하는 것입니다. 그리고 온실가스 배출을 줄이거나 심지어 제거할 수도 있습니다. 원자력 에너지를 이용한 수소 생산의 개략도가 그림에 나와 있습니다.

원자력을 수소에너지로 변환하는 방법에는 전기분해를 통한 원료인 물, 열화학 사이클, 고온 증기 전기분해 수소 제조, 수소 제조를 분해하는 원료인 황화수소, 원료인 천연가스, 석탄, 바이오매스 열분해 수소 등 여러 가지 방법이 있습니다. 생산 등 물을 원료로 사용하는 경우 수소 생산 과정 전체에서 CO2가 발생하지 않아 기본적으로 온실가스 배출을 없앨 수 있습니다. 다른 공급원에서 수소를 생산하면 탄소 배출만 줄어듭니다. 또한, 핵전해수의 이용은 원자력 발전과 전통적 전기분해의 단순한 결합일 뿐 여전히 원자력 발전 분야에 속하며 일반적으로 진정한 핵수소 생산 기술로 간주되지 않습니다. 따라서 물을 원료로 하는 열화학사이클, 핵열의 전부 또는 일부 활용, 고온 수증기 전기분해 등이 미래 핵수소 생산기술의 방향을 대표한다고 여겨진다.

현재 원자력 에너지에서 수소를 생산하는 방법에는 전해수 수소 생산과 열화학 수소 생산이라는 두 가지 주요 방법이 있습니다. 원자로는 위의 두 가지 수소 생산 방식에 각각 전기 에너지와 열 에너지를 제공합니다.

물을 전기분해해 수소를 생산하는 방법은 원자력 에너지를 이용해 전기를 생산한 뒤, 물 전기분해 장치를 통해 물을 수소로 분해하는 방식이다. 전해수에 의한 수소생산은 비교적 직접적인 수소생산 방식이지만, 이 방법의 수소생산 효율(55%~60%)은 미국에서 가장 진보된 SPE 수전해 기술을 채택하더라도 전해효율이 90%로 증가됩니다. 그러나 대부분의 원자력 발전소는 현재 약 35%의 효율로 열을 전기로 변환하기 때문에 원자력에서 물 전기 분해를 통한 수소 생산의 최종 총 효율은 30%에 불과합니다.

열화학 수소 생산은 열화학 사이클을 기반으로 하며 원자로와 열화학 사이클 수소 생산 장치를 결합하여 원자로에서 제공되는 고온을 열원으로 사용하여 물이 800℃에서 열분해를 촉진합니다. 1000℃까지 가열하여 수소와 산소를 생성합니다. 전해수 수소 생산에 비해 열화학 수소 생산 효율은 더 높고, 총 효율은 50% 이상에 도달할 것으로 예상되며, 비용은 더 낮습니다.