출처 : https://www.epi.inc/insights/report/hydrogen-and-ammonia/

▣ 세계 수소ㆍ암모니아 시장의 전망

차세대 클린 연료로 기대받고 있는 수소ㆍ암모니아는 역사적으로는 비료나 공업 프로세스에서 활용되었으며, 2020년 시점의 전 세계 시장 규모는 1억 톤이었다.

아래 그림에서 보는 바와 같이 향후 본격적으로 연료로 활용됨에 따라 EPI CONSULTING의 표준 시나리오에서는 2050년이면 수소 환산 3.3억 톤, 2020년 대비 3.3배의 수요가 있을 것으로 기대한다.

수소 가격을 30엔/Nm³이라고 가정하면, 2050년의 시장 규모는 111조 엔, 즉 2022년의 전 세계 원유 시장이 316조 엔이므로 그 시장 규모의 35%에 상응하는 거대 시장이 탄생한다는 것을 의미한다.

<그림1> 세계 수소ㆍ암모니아 수요(International Bunker 포함)

2023년 시점에 계획되어 있는 지역별 수소ㆍ암모니아 제조 프로젝트의 개요는 아래 그림에 정리되어 있다. 전 세계에 1,658건의 프로젝트가 존재하며 수소ㆍ암모니아 모두 재생에너지를 가지고 제조하는 그린 수소의 비율이 높다. 그린 수소는 재생에너지 도입 비율이 높으며 비용이 저렴한 유럽이 약 절반의 프로젝트를 차지한다. 한편 그린 암모니아는 아시아/태평양이 많으며, 그중에서도 오세아니아는 53건의 프로젝트를 차지하고 있다.

<그림2> 지역별 수소ㆍ암모니아 제조 안건 수*

* 과거에 도입된 설비부터 미래에 도입할 계획인 수소ㆍ암모니아 제조 안건 수를 지역별로 표시했다. 수소의 색깔 분류와 관련해서는 일반적인 정의 외에 Gray에는 메탄열분해, 에탄 크래킹이 포함되며, Other에는 원자력 및 계통 전력을 가지고 만든 수소가 포함된다.

▣ 수소의 공급ㆍ운송 비용

수소ㆍ암모니아를 보급할 때의 가장 큰 과제는 비용이다.

EPI 수소 제조 비용 모델(아래 그림)에서는 당분간 저렴한 CO2 프리 수소는 중동의 수반 가스 및 북미의 쉘가스에서 유래한 블루 수소이며, 그 비용은 FOB 기준 US¢ 9/Nm³ ~ US¢ 12/Nm³ 정도다.

재생에너지에서 유래한 그린 수소는 중동이나 호주와 같이 일사 조건이 좋은 지역이라 해도 2030년 시점에 US¢ 20/Nm³ 정도로 더 비싸다.

이것은 열량등가(熱量等價)로 LNG 가격(10USD/MMbtu)보다 50% 정도 비싸며, 인센티브가 없으면 곧바로 보급할 수 있는 상황이라고는 할 수 없다.

<그림3> 2030년의 전 세계 수소 공급 비용 그래프

생산 비용이 낮은 로케이션을 특정하는 것에 더해 수요 지역까지의 운송 비용 최적화도 고려해야 한다. EPI에서는 수소ㆍ암모니아 운송 비용 모델을 가지고 있으며, 해당 모델의 표준 조건에서의 운송 비용은 Figure4와 같다. 대용량에 장거리 운송을 할 때는 MCH, 암모니아, 액체 수소가 후보가 되며, EPI 모델의 표준 조건에서는 MCH 또는 암모니아가 유리하지만, MCH는 재수소화를 위해 열이 필요하기 때문에 양륙 후 거점에서 소분하여 배송하는 경우에는 무게당 수소 밀도가 크고 재가스화 비용이 낮은 액화 수소가 더 유리한 경우도 있다. 또한 육상 운송에서는 원칙적으로 파이프라인이 유리하지만, 운송 거리가 짧거나 양이 적은 경우에는 압축 가스나 메탄올이 더 유리할 수 있다. 이처럼 운송 모드 등의 조건에 따라 비용이 더 괜찮은 캐리어가 달라지기 때문에, 해상 운송 및 육상 운송의 거리, 운송량에 따라 적절한 운송 기술을 선택하는 것이 중요하다. 유료 보고서에서는 운송 비용 모델의 자세한 내용과 전제 조건을 공개한다.

<그림4> 운송 수단별ㆍ거리별 운송 비용

▣ 사업 모델 구축

수소를 보급하려면 생산ㆍ운송 비용을 절감해야 하는데, 수소가 비용 경쟁력을 가지는 데에는 시간이 걸릴 것으로 보여, 당분간은 정부의 인센티브가 존재하는 국가에서의 수요가 앞설 것으로 보인다.

특히 앞서나가는 것은 미국, 유럽, 일본이며, 영국에서는 블루ㆍ그린 수소의 고정 가격 매입 제도가 2022년에, 미국에서는 IRA가 2022년에 도입되었고, 일본에서는 2030년까지를 기준으로 영국과 같은 가격차 보충이 도입될 것으로 보인다. 수출 프로젝트와 관련해서는 미국과 호주에 지원 제도가 존재한다.

수요 가정의 관점에서는 아래 표와 같이 원래 사용하던 연료에 대한 수소ㆍ암모니아의 cost 경쟁력, 규제, 대체 기술의 유무라는 3가지 요소로, 수소 도입의 타이밍이 결정된다.

cost 경쟁력의 관점에서는 휘발유나 디젤의 대체품으로서는 유효하지만, 대체 기술로서 EV의 높은 경쟁 우위성을 지적하는 목소리가 있다.

규제의 관점에서는 국가별로 도입 상황이 다르긴 하지만, 발전과 SAF는 수소ㆍ암모니아 이용 목표를 제시하기도 하고, 혼합 의무가 도입된 국가ㆍ지역에서는 도입 의욕이 높다.

그밖에는 유럽 등을 필두로 온실가스 배출 절감 의욕이 높은 업종은 제조 시 열원을 수소로 대체하는 데 긍정적인 태도를 보인다. 또한 공공성이 높은 철도 역시 실질적인 소유자인 정부의 결정에 따라 수소를 사용하게 될 가능성이 있다.

<표1> 수소ㆍ암모니아 이용처

수소 시장은 얼마 동안 원유와 같은 시장 유동성을 기대할 수 없으며, 초기 프로젝트는 제조부터 운송, 소비에 이르는 밸류체인을 완결시켜야 한다. 그러므로 밸류체인을 구성하는 모든 사업자에게 합리적인 사업 모델을 구축해야 한다.

아래 그림은 영국 수소 프로젝트의 밸류체인 구성 사례인데, 2022년에 낙찰된 그린 수소 제조를 대상으로 하는 총 11개 프로젝트의 가중 평균 낙찰 가격은 수소 가격 111US¢/Nm³이며, EPI CINSULTING 추계에 따르면, 해당 프로젝트의 최종 비용이 80US¢/Nm³ 정도이고, 30US¢/Nm³ 정도의 마진을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

CO2 절감 의욕이 높은 대규모 수요 가정 및 주변의 수소 수요 가정을 합한 생산 규모를 최대한 확장시킬 것, 그리고 잉여 재생에너지의 활용 등 전력 조달 비용을 절감하고 수전해 설비의 가동률을 향상시키는 스킴을 구축해야 한다.

<그림5> 수요 측 모델(영국의 낙찰 결과)