출처 : https://www.integral-japan.net/?p=37018

 

2023년 12월의 뉴스 속보에서 Sinopec이 주도하는 신장 쿠차의 세계 최대 규모의 그린 수소 프로젝트가 전해 장치의 안전성 문제로 인해 조업을 유지하기 어려워졌다고 보도되었다. 효율 및 실제 가동 시간에 영향을 미치는 이러한 과제는 중국의 대규모 그린 수소 프로젝트의 경제적인 실행 가능성에 의문을 제기한다.

 

<그림1> Sinopec 신장 쿠차의 그린 수소 프로젝트

자료 : Sinopec

 

이 프로젝트는 전해 시스템의 비효율성으로 인해 운용이 제한되어 당초 예정되었던 30~100%의 효율 범위에 달하지 못했다. 따라서 오퍼레이터는 가동 중인 전해 장치의 수를 조정할 수밖에 없었고, 가동 시간이 단축되어, 균등화 수소 원가(Levelized cost of hydrogen, LCOH)가 대폭 상승하였다.

 

<그림2> Sinopec 신장 쿠차의 그린 수소 프로젝트의 알칼리 수전해 시스템

자료 : LONGi

 

균등화 수소 원가(LCOH)는 수소 경제의 실현 가능성과 관련되며, 그린 수소 프로젝트에 대한 투자 의사를 결정하는 데 영향을 미치는 중요한 지표다.

LCOH에 영향을 미치는 요인을 살펴보면, 주로 전해 시스템의 비용에 따라 결정되는 고정 비용과 사업 경비(OPEX)는 균등화 발전 원가(Levelized cost of electricity, LCOE)에 크게 좌우되며, 평균적으로 총 비용의 약 70%를 차지한다.

또한 선정된 신장 쿠차에서는 재생에너지의 LCOE가 상대적으로 유리하기는 해도, 전해 장치의 가동 시간 수가 제조 능력에 직접적으로 영향을 미친다.

INTEGRAL의 LCOH 시뮬레이션 모델을 통해 대략적으로 계산해 보면, 이 단계에서 LCOH는 약 18위안/kg이 될 것으로 예상했지만, 위와 같은 운용상의 과제로 인해 LCOH는 35위안/kg 이상으로 대폭 상승할 것으로 예상된다.

이러한 추측 값은 현재 그레이 수소의 약 3배 정도이며, 이러한 목적에 따른 제조형 그린 수소 프로젝트의 경제적인 실행 가능성에 심각한 위협을 끼칠 수 있다.

 

<그림3> 균등화 수소 원가(LCOH) 예측

자료 : INTEGRAL社의 분석

 

우리의 2040년 분석에서는, 중국의 그린 수소 비용 경쟁력이 꾸준히 증가하고 있으며, 중국 서북부 등의 특정 지역에서는 2032년까지 그린 수소와 그레이 수소의 LCOH가 같은 수준이 될 것으로 예측한다. 블루 수소는 2034년까지 그레이 수소와 비슷한 수준의 LCOH에 달할 것으로 예상된다. 전체적으로 그린 수소는 2040년 이후 중국 전역에서 가격 경쟁력을 획득할 것으로 보인다.

 

그렇게 되면, 손익 분기점에 도달하기 전에 선두를 달리는 것은 누구일까?

 

비용 대비 효과를 얻지는 못하지만, 중국의 그린 수소 프로젝트는 손익 분기점에 달하는 것이 10년 이후가 될 것임에도 불구하고 거액의 자본 투자를 유치하고 있다. 대형 에너지 기업이나 국유 기업을 중심으로 하는 투자가들은 Sinopec과 같은 난제에 직면할 가능성이 있음에도, 왜 ‘채산이 맞지 않을’ 것으로 보이는 벤처기업에 거액의 투자를 하는 걸까. 중국에서 계획 중인 그린 수소 프로젝트를 살펴보면, 그 과반수가 그린 케미컬, 특히 그린 암모니아의 소규모 애플리케이션을 대상으로 한다.

 

암모니아는 현재 그린 수소의 주요 소비원이다. 2023년 4월까지의 조사 데이터에 따르면, 건설 중이거나 계획 중인 그린 수소 프로젝트는 19GW가 넘는다. 그중 그린 수소 프로젝트의 58%는 합성 암모니아와 관련이 있으며, 암모니아 설비를 갖춘 소규모 수소 시나리오에 대응하는 용량은 80% 이상이라는 사실이 밝혀졌다.

그린 케미컬의 제조 능력을 직접 고지하는 프로젝트 중에서는 중국의 13개성에 81개의 그린 케미컬 프로젝트가 존재하며(그림4), 그린 암모니아 프로젝트가 대부분을 차지한다. 이러한 이니셔티브는 주로 내몽골에 있으며, 특히 어얼둬쓰시와 츠펑시에 많이 집중되어 있고, 간쑤성과 지린성이 그 뒤를 따르고 있다. 그 지역들은 향후 이러한 화학 제품의 주요 공급지가 되는 것을 목표로 하며, 그린 암모니아의 발전을 위한 전략 계획을 적극적으로 추진하고 있다.

 

<그림4> 중국의 그린 케미컬 프로젝트(암모니아, 메탄올)

자료 : INTEGRAL社

 

그린 암모니아 프로젝트에는 주로 두 종류가 있다. 그린 암모니아 사업은 대부분 China Energy Group(중국능원집단), SPIC(국가전투), Envision(원격 능원) 등 대형 에너지 기업이 주도하며, 일부는 China Coal Group(중매집단), Baofeng Energy(바오펑 능원), ZTHC와 같은 화학 기업이 담당하고 있다.

이러한 주요 관계자들은 장기 비전을 따르는 투자뿐 아니라 자사의 인센티브에 의해 투자 활동을 하고 있다. 재생에너지 사업자는 프로젝트 소유자로서, 지역의 재생에너지원의 알맞게 이용하여 이익을 올리기 위해 힘쓰며, 지역의 화학기업 등 소규모 사업자를 적극적으로 개척한다.

 

한 유명한 국유 에너지 기업 관계자의 말에 따르면, 업계 포럼에서 그린 케미컬을 소규모 수소 응용 시나리오에 도입시킨 프로젝트가 풍력발전 및 태양광발전의 경쟁 입찰에서 우대를 받게 된다고 한다. 마찬가지로 Envision이나 Mingyang(밍양)과 같은 재생에너지 발전 기기 업자도 상업적인 시도를 하기 위해 그린 케미컬 전문 회사를 설립함으로써 화학 섹터로 사업을 전개하고 있다.

 

<그림5> 내몽골에 있는 ZTHC의 석탄 화학 플랜트

자료 : 内蒙古日報

 

Baofeng이나 China Coal과 같은 기업은 기존의 암모니아 사업을 탈탄소화하려 하고 있으며, 제조 원료의 관점에서 그린 수소에 혁신적인 전환을 주려 하고 있다. 이 인센티브는 2025년 이후 화학산업이 CEA(탄소 배출 프레임) 제도에 포함될 가능성이 클 것이라는 전망을 통해 강조되고 있다.

그레이 수소 관련 비용이 올라갈 것으로 예상되는 상황에서 그린 원료로 전환하게 되면, 이러한 기업은 기존의 고객에게 적절한 가격을 제공하면서 다른 애플리케이션으로도 확대할 수 있다.

 

또한 프로젝트에 대한 직접 투자와 그린 수소 제도에 대한 재정적인 지원과 같은 지방 정부의 지원과 프로젝트의 원활한 진행을 위한 국유 기업의 연계로 인해, 그린 수소 프로젝트는 손익 분기점에 도달하기 전에 실행 가능성이 더 높아진다는 점에도 주목해야 한다.

특히 내몽골이나 지린성과 같이 야심적인 목표를 내건 정부는 현지에서의 그린 수소 제조에 직접 지원금을 교부하는 제도를 내걸고 있으며, 다른 지역에서는 수소를 제조하는 데 필요한 우대 요금으로 제공하는 제도도 존재한다.

이러한 지역 행정은 그린 수소 프로젝트와 소규모 그린 케미컬 애플리케이션의 범위를 확대함으로써 재생 가능 자원을 최대한 활용하고, 미래의 전략적인 에너지 포지셔닝을 강화하며, 장기적으로는 중국의 그린 에너지와 그린 케미컬의 주요 수출지가 되는 것을 목표로 하고 있다. 지린성 정부는 그린 수소를 1kg 제조할 때마다 최대 15위안의 직접 지원금을 교부함으로써 장기적으로 그린 암모니아의 주요 제조지가 될 것이라는 의욕을 내비치고 있다.

 

현재 정부의 지원금은 소규모 부문의 비용 증가를 보충하는 데 반드시 필요하다. 마찬가지로 그린 암모니아 제조의 경제적인 실행 가능성은 그린 수소에 대한 지원금 없이는 달성할 수 없다.

카프로락탐(암모니아를 통해 얻을 수 있는 부가가치가 있는 산물)의 경우, 약 2,500위안/톤의 그린 암모니아로 전환하면(어얼둬쓰 등의 지역에서의 그린 수소 제조 비용은 14위안으로 가정함, 그레이 수소는 일반적으로 10위안임) 현재의 마진이 크게 감소하게 될 가능성이 있다.

하지만 지린성과 같은 지역의 지원금을 고려하면, 그린 암모니아의 비용은 그레이 암모니아보다 가격 경쟁력이 크며, 주요 스테이크 홀더의 수익성을 확보할 수 있다.

 

왜 암모니아가 중시되는가?

 

<그림6> 2050년의 중국 암모니아 시장 전망

자료 : INTEGRAL社

 

암모니아는 지금도, 그리고 어쩌면 미래에도 농업 및 공업 섹터, 더 나아가 새롭게 등장하게 될 애플리케이션 섹터에서 최대의 수소 소비원이 될 수 있다.

 

농업 : 암모니아는 현재 주로 농업용 비료로 사용되기 때문에, 화학 공업의 주요 수소 소비원이라 할 수 있다(그림6). 몇 년 후에는 인구 증가가 둔화되고 비료의 효율이 향상됨에 따라 농업 부문의 수요가 축소될 것으로 예상된다. 하지만 앞으로도 유망하고 안정적인 시장이 될 것으로 보인다. 현재 특히 비료 업계에서는 경제적인 실행 가능성이 낮기 때문에, 그린 암모니아를 농업용 비료로 이용하는 구체적인 정부 행동 계획은 존재하지 않는다. 그런데 Xinlianxin(心连心)과 같은 업계 리더의 소규모 그린 암모니아 실증실험을 하고자 하는 첫걸음이 내디뎌져, 중장기적으로는 서서히 규모가 확대될 것으로 보인다.

 

공업 : 현재 암모니아를 통해 만들어지는 산물의 25%가 공업용으로 사용된다. 이러한 공업적 이용의 움직임은 향후 수십 년간의 국내 총생산(GDP)에 대한 공업의 공헌도 증가와 일치할 것으로 예상된다. 공업용 영역에서는 특히 카프로락탐 등의 부문에서 수요가 급증할 것으로 예측된다. 이러한 수요 급증은 나일론 섬유의 수요 증가와 폭넓은 소규모 애플리케이션에서의 이용 때문이다. 공업정보화부(MIIT), 국가발전개혁위원회(NDRC), 생태환경부(MEE)가 발표한 ‘공업 영역의 카본 피크아웃 실시 방안 <工业领域碳达峰实施方案>’의 기본 방침에 따르면, 암모니아와 메탄올에 사용되는 그린 수소가 공업 원료를 대체할 것으로 언급되고 있다.

 

신흥 애플리케이션 : 온실가스의 배출량에 초점을 맞춘 EU의 ‘FuelEU Maritime’ 규제를 계기로 전 세계에서 암모니아를 해양 연료로 사용하게 되어, 그린 암모니아의 이용 규모가 크게 확대될 것으로 보인다. Maersk와 같은 대형 해운 기업은 이미 그린 암모니아 연료의 도입을 중심으로 하는 장기 전략을 내걸고 있다. 암모니아를 연료로 삼는 선박의 개발은 2023년 12월에 5개성이 공동으로 발표한 중국의 ‘조선 그린 발전 행동 요강(2024-2030년)<船舶制造业绿色发展行动纲要(2024-2030년)>’에도 명기되어 있다. 그 밖의 신흥 애플리케이션으로는 일본과 같은 국가들에서 현재 상세한 계획이 진행되고 있는 발전을 들 수 있다. 또한 장기 저장 및 장거리 운송을 쉽게 할 수 있는, 수소 캐리어로서 암모니아를 이용하는 일에도 주목도가 높아지고 있어, 여러 지역 정부가 그것을 이용하려는 계획을 세우고 있다. 미래에 비용 대비 효과가 달성되고, 목적에 따른 제조형 그린 수소 제조가 본격화되면 이러한 움직임이 더욱 강화될 것으로 예상된다.

 

암모니아의 수요 증가에 대응하여, 대규모 그린 암모니아 프로젝트의 주요 투자가들은 여러 애플리케이션 영역에 걸쳐 사업을 다각적으로 전개하고 있다. 예를 들어, 지린성 다안시에 있는 SPIC의 그린 암모니아 프로젝트는 농업 및 공업 제품 부문을 대상으로 하는 국내 화학 기업 5개사와 공급 계약을 체결했다고 발표했다. 또한 수출을 위해 국제 무역 단체와도 협정을 체결했다. 한편 Envision은 기존에 농업에서 이용하던 수소의 탈탄소화에 관한 미래 비전을 제시함과 동시에 장기적으로는 해양 연료 시장의 잠재적인 성장이 있을 것으로 보고 있다.