1. 재생에너지의 간헐성과 전력망 불안정성
태양광과 풍력은 전력 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않는 대표적인 청정 에너지 기술이다. 그러나 이 전력원들은 기상 조건과 계절 변화에 따라 발전량이 크게 달라지는 특성을 가지고 있다. 예를 들어, 겨울철과 야간에는 태양광 발전이 급감하며, 풍속이 약한 날에는 풍력 터빈이 멈추게 된다.
이와 같은 출력 변동성은 간헐성(intermittency)이라고 불리며, 전력망 운영에서 매우 중요한 문제로 평가된다. 전력 공급이 순간적으로 과잉되거나 부족하면 블랙아웃으로 이어질 수 있으며, 재생에너지 비중이 30%를 넘어선 유럽에서는 전력망 안정화 비용이 매년 수십억 유로 수준으로 증가하고 있다.
결과적으로 재생에너지는 청정하다는 장점과 불안정하다는 한계를 동시에 가지는 전력원이다.
2. 배터리 저장 기술이 해결하지 못하는 시간적 한계
많은 사람들이 에너지 저장의 방안으로 배터리 기반 ESS(Energy Storage System)를 떠올리지만, 배터리는 본질적으로 단기 저장(수 시간 단위)에 적합한 기술이다. 계절 간 저장(seasonal storage)을 수행하기에는 경제성과 효율이 크게 부족하다.
예를 들어, 여름철 잉여 태양광 전력을 저장해 겨울 난방에 사용하는 시나리오는 현재의 리튬이온 배터리 기술로는 실현이 어렵다. 또한 대규모 ESS 구축은 리튬, 니켈, 코발트와 같이 공급망이 제한적인 소재를 필요로 하며 환경적·윤리적 문제가 지속적으로 제기되고 있다.
따라서 배터리만으로는 탄소중립 시대에 요구되는 에너지 전환을 완전히 달성할 수 없다는 것이 전문가들의 공통된 판단이다.
3. Power-to-Gas 시스템이 제시하는 수소 기반 해결책
이러한 문제를 해결하기 위한 핵심 기술이 바로 Power-to-Gas(P2G) 시스템이다. 이 시스템은 잉여 전력을 활용하여 물을 전기분해하고, 그 결과로 수소(H₂)를 생산한다. 이 수소는 장기 저장이 가능하며, 필요 시 연료전지나 터빈을 이용해 다시 전력으로 전환할 수 있다.
P2G는 여름철에 남는 태양광 전력을 수소 형태로 저장해 두었다가 겨울철 난방과 산업 공정에 활용할 수 있도록 지원한다. 또한 수소는 전력뿐만 아니라 수송, 산업, 난방 분야에서도 직접적인 연료로 사용될 수 있다.
이러한 특징 덕분에 P2G는 단순한 전력 저장 기술이 아니라 전력망과 전체 에너지 시스템을 통합하는 에너지 솔루션으로 평가된다.
4. 독일, 일본, 한국이 추진하는 수소 통합 에너지 전략
독일은 북해 풍력 발전으로 얻은 잉여 전력을 수소로 전환하는 “Wind-to-Hydrogen 프로젝트”를 진행 중이다. 이 방식은 남는 에너지를 단순히 폐기하지 않고 산업용 연료와 발전용 에너지로 전환하는 모델이다.
일본은 ‘Fukushima Hydrogen Energy Research Field(FH2R)’에서 10MW 규모의 수전해 설비를 구축해 태양광 전력을 수소로 변환하는 실증 사업을 수행하고 있다. 생산된 수소는 연료전지차와 발전 설비에 공급된다.
한국은 ‘창원 수소에너지 클러스터’와 ‘평택 수소복합단지’를 중심으로 수소 생산, 저장, 활용이 모두 가능한 통합 인프라를 구축하고 있다. 세 나라는 서로 다른 전략을 채택하고 있지만, 재생에너지와 수소를 결합해 전력망 유연성을 확보한다는 공통 목표를 가지고 있다.
이러한 사례는 수소가 재생에너지의 구조적 한계를 보완하는 핵심 기술임을 보여준다.
5. 전기 중심 체계를 넘어 수소 중심으로 이동하는 새로운 에너지 패러다임
기존의 에너지 체계는 전기 생산과 소비가 단일 흐름으로 이어지는 구조였다. 그러나 탄소중립 시대에는 전기, 수소, 열, 연료가 상호 변환하고 순환하는 복합형 에너지 네트워크가 요구된다.
이 변화의 중심에는 수소가 존재한다. 수소는 잉여 전력을 흡수하고, 에너지를 장기간 저장하며, 필요 시 다시 전력으로 환원하는 변환자(Energy Converter)로 역할을 수행한다. 이러한 특성은 태양광과 풍력의 간헐성을 해소하고, 재생에너지의 가치를 극대화하는 기반이 된다.
따라서 태양광과 풍력은 수소와 결합할 때 비로소 완전한 지속 가능성을 갖게 되며, 2050년 탄소중립 사회를 향한 전환에서 수소는 보조적 역할을 넘어 에너지 패러다임의 핵심축으로 자리 잡고 있다.