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에너지/환경 유럽 에너지 정책 현황 - 수소ㆍ연료전지 기술 동향

  • 관리자 (irsglobal1)
  • 2019-11-23 05:10:00
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우리나라가 최근 수립한 2차 온실가스기본계획에 따르면, 2030년까지 온실가스 배출량을 5억3600만톤으로 줄인다는 야심찬 계획을 세우고 있으며, 미국은 에너지 안전 보장을 가장 중요한 과제로 두고 수소ㆍ연료전지 정책을 적극적으로 진행하고 있다. 유럽에서는 수소ㆍ연료전지 기술을 경쟁력 있는 저탄소 사회로 나아가기 위한 에너지 기술의 일환으로 보고 있는데, 그 구체적인 정책 및 진척 상황은 어떠할까?

 

국경을 넘어 관민이 연계하여 기술개발ㆍ실증을 실시하는 유럽

 

유럽에서는 수소ㆍ연료전지 기술은 경쟁력 있는 저탄소 사회로 나아가기 위한 에너지 기술의 일환으로 여긴다. 수소ㆍ연료전지 개발 프로그램의 중심은 제2기 연료전지 수소 공동 실시 기구(FCH 2 JU)이며, 2014~2020년에 걸쳐 실시되는 새로운 연구개발ㆍ이노베이션 추진 틀인 HORIZON 2020 하에서 유럽의 수소ㆍ연료전지 기술 개발 지원의 주체를 담당하고 있다. 또한 제1기 연료전지 수소 공동 실시 기구(FCH JU)는 2008~2013년에 걸쳐 FP7의 자금을 제공받아 실시되었다. (그림)

 

FCH 2 JU는 수소ㆍ연료전지를 에너지ㆍ교통 시스템을 담당하는 기술로 만드는 것을 목적으로 하고 있으며, ‘유럽 수소ㆍ연료전지 기술 로드맵 2014~2020’에 근거하여 제조부터 이용까지의 모든 공급체인에 대응하는 기술개발ㆍ실증 프로젝트를 실시하고 있다. 교통 시스템ㆍ에너지 시스템이라는 두 가지 주제를 기준으로 삼으면서도 각각의 주제를 보완하는 분야횡단적인 프로젝트 및 각 주제를 포괄하는 프로젝트를 전개하고 있다. 이러한 프로젝트들은 EU 가맹국의 연구기관ㆍ민간기업ㆍ대학교 등이 국경을 넘어 조성한 컨소시엄에 의해 시행되고 있다.

 

유럽의 수소ㆍ연료전지 기술의 특징은 재생에너지를 통해 제조한 수소를 이용하는 다양한 방법을 의논하고 있다는 점이다. 재생에너지 발전(發電)의 잉여 전력을 이용하여 제조한 수소의 주요 용도와 관련하여, (1)메탄가스를 제조하여 이용하는 Power to Gas, (2)연료전지 자동차를 위한 연료로서 이용하는 Power to Fuel, (3)석유화학 등 산업용 가스로서 이용하는 Power to Chemical, (4)연료전지를 통해 발전하는 Power to Power, 이렇게 4가지 점을 검토하고 있다.

 

(2)Power to Fuel과 (4)Power to Power는 미국이나 일본 등지에서도 염두에 두고 있는 용도이지만, 메탄가스로서 이용하는 (1)Power to Gas나 산업용 가스로서 이용하는 (3)Power to Chemical은 유럽이 전 세계를 앞서나가고 있는 분야이다.

 

대표적인 Power to Gas 프로젝트, Audi의 사례

 

이제 대표적인 Power to Gas 프로젝트 사례인 독일 Audi의 e-gas 프로젝트를 소개한다. 세계 최초의 공업 규모 Power-to-Gas 공장이며, ETOGAS GmbH와 MT-BioMethan GmbH와 함께 독일 작센주 남부에 있는 뵐테에 건설되었다. 공장에서는 풍력발전을 통해 제조된 전력을 이용하여 물의 전기분해를 사용하여 수소를 제조한다.

 

다음으로, 인접한 바이오가스 공장에서 배출되는 고밀도 CO2와 수소를 화학반응시켜 화학합성 메탄가스(Audi e-gas)를 생성한다. 이렇게 만들어진 Audi e-gas는 화학연료인 천연가스와 같은 성질을 가지며, 독일 국내에 둘러진 기존의 천연가스 공급 네트워크를 경유하여 압축 천연가스(CNG) 스테이션에 보내지며, CNG차인 Audi A3 Sportback g-tron에 공급된다.

 

이러한 Audi e-gas 정제 과정에서 폐열이 발생하는데, 인접해 있는 바이오가스 공장에 그 열을 공급하여 재이용함으로써 인접한 공장에서의 에너지 소비를 절감시킬 수 있다.

 

이처럼 재생에너지를 이용한 수소를 통해 메탄가스를 제조함으로써 기존의 인프라를 활용하면서도 Well to Wheel에서의 CO2 배출량을 95g-CO2/km에서 20g-CO2/km으로 감소시킬 수 있게 된다. (Well to Wheel이란 1차 에너지의 채굴부터 차량 주행까지를 의미한다)

 

더욱이 독일에서는 재생에너지가 전력 시장에서 차지하는 점유율이 급속도로 확대되고 있으며, 발전량이 안정적이지 않기 때문에, 전력망의 수급 균형을 조절해야 한다. 이러한 상황 속에서 위와 같은 Audi e-gas 플랜트는 전력망의 수급 균형을 조절할 수 있으며, 전력망을 제어하는 네덜란드의 TenneT TSO로부터 인정을 받아, 전력망 제어 회사가 정비하는 전력 수급 균형 시장에도 참여할 수 있게 되었다.

 

이처럼 Power to gas는 수소를 통해 대체 연료를 제조하고, 기존의 인프라를 활용하여 사회의 저탄소화를 꾀함과 동시에 재생에너지의 도입 확대에도 기여한다.

 

프로젝트의 수는 미국ㆍ유럽ㆍ일본에서 400건이 넘는다

 

지금까지 말한 것처럼 경제대국이라 불리는 미국, 유럽, 일본에서 배경 및 특징은 다르지만 각각 수소ㆍ연료전지 관련 기술개발ㆍ실증이 이루어지고 있다. 딜로이트 토마쓰 컨설팅에서는 2015년 중에 종료되거나 실시 중인 각국의 주요 프로젝트에 대해 조사하였다.

 

연구개발 주제는 재생에너지를 이용한 수소 제조 관련 기술을 다루는 (1)CO2 프리 수소 보급 확대, 저장ㆍ운송ㆍ공급 관련 기술을 다루는 (2)수소 인프라 확대, 심장부라 할 수 있는 FC 시스템 관련 기술을 다루는 (3)FC개발, 애플리케이션 개발을 모색하는 (4)FC개발과 사회에서의 수소ㆍ연료전지 애플리케이션 실장을 실시하는 (5)수소사회 모델 구축이라는 5가지 테마로 크게 나눌 수 있다.

 

2015년 시점의 수치를 비교하면, 프로젝트 수는 (2)수소 인프라 확대와 (3)FC 개발에 집중되어 있음을 알 수 있다. 하지만 (2)수소 인프라 확대와 (3)FC개발 영역은 대학 등 연구기관이 다수 참가하여 있어, 기업의 수가 반드시 다른 영역보다 크다고 할 수는 없다. 프로젝트가 (2)수소 인프라 확대와 (3)FC개발에 집중되는 것은, 2014년에 도요타에서 연료전지 자동차가 발매되었다는 점을 보면 알 수 있듯이, 수소ㆍ연료전지 관련 기술이 이제 막 실용 단계에 들어섰으며, 여전히 기간이 되는 인프라 기술 확립 및 낮은 비용으로 FC 시스템을 제조하는 것이 문제시되고 있기 때문이라 할 수 있다.

 

예를 들어, 운송ㆍ공급기술과 관련해서는 압축 수소가 실용화되기 일보 직전이긴 하지만, 기존의 화석연료에 비하면 가격 경쟁력이 낮고, 운송ㆍ저장효율이라는 관점에서 보면 액화 수소나 흡장합금 등의 기술이 더 우월할 수도 있어, 현재에도 각국에서 기준이 되는 방식에 대한 말들이 많은 상황이다.

 

BMW와 Linde가 개발하는 액화 수소와 압축 수소의 중간인 저온 수소와 같은 새로운 기술을 개발하고 있으며, 앞으로도 인프라 관련 기술개발 경쟁은 심화될 것으로 예상된다.

 

그리고 유럽이나 미국, 일본에서는 2020년경에 현재의 화석연료와 동등한 수소 가격을, 2020년대 중반에는 기존 애플리케이션와 비슷한 수준의 가격을 실현시킬 목적을 갖고 있다.

 

 

관련 보고서 보기 : 4차산업혁명의 핵심 인프라인 수소산업ㆍ수소도시ㆍ수소모빌리티 관련 비즈니스 전략 모색을 위한 종합 분석

http://irsglobal1.4adtech.com/shop_goods/goods_view.htm?category=04000000&goods_idx=83269&goods_bu_id=

 

 

 

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