출처 : https://ampmedia.jp/2023/01/16/green-hydrogen/

 

미래를 담당하는 에너지로 기대를 받으면서도 보급이 거의 되지 않았던 수소 에너지가, 최근 몇 년 사이 단숨에 발전기를 맞이하게 될 가능성이 커지고 있다.

 

이산화탄소(CO2)를 배출하지 않는 클린한 수소를 사용하는 수소 경제ㆍ수소 사회와 관련하여, 지금까지 높은 기대치와는 달리 비현실적이며 꿈같은 이야기라는 회의적인 의견이 많았지만, 주요 국가의 적극적인 관여와 기술적인 발전으로 인해 드디어 전환점을 맞이할 듯하다.

 

그중에서도 탈탄소화의 열쇠를 쥐고 있는 것이 재생에너지를 사용하는 ‘그린 수소’이며, 이 분야에서 앞서나가고 있는 것은 재생에너지가 많이 보급되고 있는 유럽이다. 미국도 최근 ‘수소 대국’을 지향하는 쪽으로 방향을 잡았다. 중국도 참전하여, 2022년 3월에는 그린 수소를 중심으로 하는 ‘수소 에너지 산업 발전 중장기 계획(2021~2035년)’을 책정했다. 중동과 남미 국가들은 지리적 이점을 살려 수소 에너지의 대규모 생산 전략을 추진하고 있다.

 

수소가 클린 에너지로 주목받게 된 1970년대부터 반세기가 지나, ‘수소 패권’을 둘러싼 각국의 경쟁이 시작되었다.

 

그 배경에는 세계적인 규모의 기후변화로 인한 위기감과 러시아의 우크라이나 침공으로 인한 안전 보장 의식의 고조가 있다. 독립계 금융조사회사인 미국의 InvestorPlace는 지금이 바로 ‘11조 달러(약 1경 5천조 원) 규모의 수소 경제가 시작되는 전야제다’라고 평가한 바 있다. 과연 그 예상대로 수소 에너지 시장이 극적인 성장을 하게 될지 주목해야겠다.

 

궁극의 탄소 프리 ‘그린 수소’가 열쇠

 

수소는 원자번호 1번 ‘H’에 해당한다. 우주에서 가장 가벼운 물질이며, 원소로서의 수소는 우주에서 가장 많이 존재한다. 그런데 수소 에너지로 이용하려면 화석 연료나 물 등 다른 물질에서 추출해야 한다.

 

자연계에 있는 석유나 천연가스, 태양열 등의 1차 에너지원과는 달리 수소는 전환ㆍ가공이라는 프로세스를 거쳐 만들어지는 2차 에너지다. 주로 ‘그레이(Gray)’ ‘블루(Blue)’ ‘그린(Green)’ 등의 종류가 있다.

 

현재 세계적으로 생산되고 있는 수소의 90% 이상은 석탄이나 천연가스 등의 화석 연료를 개질하여 만들어지는 ‘블루 수소’인데, 이것은 제조 공정에서 CO2를 배출하기 때문에 ‘탈탄소’라는 관점에서는 별로 의미가 없다.

 

아무리 물을 전기 분해하여 수소를 만들어도, 그 과정에서 사용하는 전기는 화석 연료로 충당되기 때문에 CO2를 배출할 수밖에 없다.

 

한편 화석 연료를 사용하면서도 제조 공정에서 CO2를 포집ㆍ저정하여 배출을 억제하는 것이‘블루 수소’다. 풍력, 태양광 등의 재생에너지를 이용하여 물을 전기분해함으로써 만들어지는 것이 ‘그린 수소’다.

 

세계적으로 탈탄소화의 비장의 카드로 지목되고 있는 것이 바로 이 그린 수소다. 제조부터 이용까지 모든 공정에서 CO2를 배출하지 않는다. 오로지 물만 배출하는 궁극의 ‘탄소 프리’ 에너지이며, 미래의 수소 경제ㆍ수소 사회를 실현할 수 있는 존재로서 큰 기대를 받고 있다.

 

선진국과 중동ㆍ남미를 둘러싼 ‘수소 패권’ 경쟁 시대 돌입

 

2023년 하반기에 국내 최초로 수력을 이용해 온실가스를 배출하지 않고 하루에 수소차 40대분인 188kg의 수소를 생산하는 그린수소 생산시설이 선보였다. 성남정수장 소수력 발전기 2기(700kW)를 이용해 18톤의 물을 전기분해(수전해)해 하루에 수소차 40대분인 188kg의 수소(H2)를 생산할 수 있다. 한편 이곳에서 생산한 수소는 우선 2024년까지 성남 갈현동 수소충전소에 육상 운송(튜브트레일러) 방식으로 공급한다. 

 

< 성남정수장 그린수소 생산시설 개요 >

자료 : 대한민국 정책 브리핑(https://www.korea.kr/news)

 

수소의 이용 및 기술에서 앞서나가던 일본도 그린 수소로 눈을 돌렸으며, 태양광발전을 사용하는 수소 제조 실증 프로젝트를 진행하는 ‘후쿠시마 수소 에너지 연구 필드(FH2R)’는 세계 최대 규모다. 하지만 일본 기업이 개발 및 도입하는 것은 주로 블루 수소 분야이다.

 

반면 풍력이나 태양광발전의 도입에서 앞서나가고 있는 유럽은 그린 수소에 초점을 맞추고 있어, 개발과 시장 모두의 관점에서 볼 때 이 분야에서는 ‘유럽이 앞서나가고 있다’.

 

EU와 미국은 실제로 러시아-우크라이나 전쟁으로 인한 에너지 안전 보장 정책의 일환으로 수소 전략을 강화하고 있으며, 그중 EU는 2030년까지 역내 그린 수소 제조량을 연간 1000만 톤, 역외 수입량은 연간 1000만 톤으로 만들겠다는 목표를 설정했다.

 

또한 ‘탈탄소 패권’을 쥐기 위해 재생에너지의 도입 속도를 높이고 있는 중국도 그린 수소의 중장기 발전을 위한 로드맵을 책정했다. 2060년에 ‘탄소 중립’(CO2 배출량 실질적 제로)을 실현하기 위해 일단 2025년까지 연료전지차의 보유 대수를 약 5만 대로 증가시킴과 동시에 연간 10~20만 톤을 생산하는 그린 수소 제조 체제를 구축할 것이라는 목표를 내걸었다.

 

미국도 본격적으로 참전 - 기술 개발을 지원하기 위해 거액의 자금 투하

 

또한 최근 ‘수소 대국’이 되고자 움직임을 가속화하고 있는 국가로 미국이 있다.

 

2021년 11월에는 민주ㆍ공화 양당이 클린 에너지 기술을 위해 620억 달러의 투자를 가능하게 하는 ‘초당파 인프라 법안’을 가결했다. 2022년 8월에는 바이든 대통령이 ‘인플레이션 억제법’에 서명했다. 이 법에는 에너지ㆍ기후변화 대책에 4000억 달러(약 543조 원) 정도를 투하할 것이라는 방침이 들어 있으며, 대부분 그린 수소를 대상으로 한다.

 

이러한 바이든 정권의 방침에 이어, 미국 에너지부는 12월 16일에 클린 수소 및 연료 전지의 기술 개발을 지원하기 위해 7억 5000만 달러를 갹출할 것이라고 발표했다. 기술 수준을 향상시키면서도 비용을 낮추려는 자세를 명확히 하였다.

 

2035년까지 발전 부문의 온실가스 배출량을 0으로 만들고, 2050년까지는 경제 전체의 실질적인 제로에미션을 달성한다는, 바이든 대통령의 약속을 달성하려면 이러한 지원이 꼭 필요하다.

 

미국의 본격적인 참전으로, 전 세계 주요 국가 및 지역이 수소 에너지라는 전장에 들어섰다. 미국의 수소 전략은 그린 수소와 블루 수소를 조합한 하이브리드형이지만, 어쨌든 전 세계를 수소 사회로 전환하기 위한 추진력으로서 강력하게 작용할 듯하다.

 

< 미국 로스엔젤레스, 2022년 10월 10일. 수소 에너지의 스타트업 기업 하이페리온이 개발한 하이퍼카 ‘XP-1’의 프로토타입 >

 

비용 절감이라는 과제를, 규모 확대와 기술 개발을 통해 극복

 

그린 수소의 경우, 풍력, 태양광발전 등의 재생에너지를 그대로 사용하지 않고 수소를 제조하는 데 운용하기 때문에 얼핏 효율이 좋지 않은 것처럼 보인다. 하지만 자연에서 유래한 재생에너지는 남아돌거나 부족하기도 하여 발전량이 고르지 못하다.

 

그런데 재생에너지의 잉여 전력을 효과적으로 활용하여 수소를 제조한다면, 액화하여 저장할 수 있고 운송도 할 수 있다. 탈탄소화를 위해서는 재생에너지와 재생에너지를 가지고 만든 수소의 ‘양립’ 체제가 갖추어져야 한다.

 

하지만 탄소 프리인 데다 저장도 할 수 있는 장점과는 반대로, 고비용이라는 큰 단점이 존재한다. 앞으로 본격적으로 보급하려면 규모를 확대하고 기술을 쇄신하여 비용을 낮추어야 한다.

 

이 점과 관련해서는 최근 낙관적인 전망이 존재한다. 수소연료전지의 비용이 지난 10년간 약 60%가 떨어졌다는 전례가 있는 만큼, 수소 발전 역시 재생에너지의 비용을 낮추고 기술을 발전시켜 충분히 비용을 낮출 수 있다는 예측이 존재한다.

 

또한 저렴하게 그린 수소를 제조할 수 있는 다른 지역으로부터 수입하는 것 또한 비용을 절감하는 한 가지 방법이다. 재생에너지이 보급되고 있는 독일 등 EU 주요 국가는 독자적으로 개발도 진행하면서 중동이나 남미에서 그린 수소를 조달하고 있으며, 특히 아랍에미리트(UAE)와의 연계를 강화하고 있다. 수소를 수입할 뿐 아니라 직접 전해 장치 등의 기술을 개발한다는 것이 유럽의 ‘수소 전략’이다.

 

한편 수소 공급 쪽으로 눈을 돌리면, UAE를 필두로 사우디아라비아, 오만 등 중동의 산유국이 중요한 존재가 되고 있다. ‘석유 이후’에 대비하여, 국유 에너지 기업을 통해 해외 기업과 연계하고 있다.

 

산유국이기 때문에 석유나 천연가스로부터 산출되는 블루 수소 분야에서 우위에 있다. 반면, 작열하는 사막은 태양광발전에 최적이며, 기다란 해안선은 풍력발전에 적합하다. 그래서 유럽을 대상으로 방대한 수요가 있을 것으로 보이는 그린 수소에서도 강점을 가지고 있다. 석유ㆍ천연가스에 더하여 그린, 블루 양쪽에서 수소 프로젝트를 진행하는, 전방위적인 전략을 채용할 수 있다.

 

이밖에도 남미의 칠레가 그린 수소의 대규모 생산 기지로 대두되고 있다. 국토가 남북으로 길게 뻗어있어 풍력 자원과 태양광 자원을 겸비한 칠레는 기술적으로도 뛰어나며, 저비용이라는 점에서 큰 장점이 있다는 평가를 얻고 있다.

 

고조되는 투자계, ‘2050년에 11조 달러’ 시장 규모가 될 것으로 전망

 

한편, 수소 에너지 관련 기업에 대한 주식 투자는 지금까지 미래에 대한 불안함 때문에 경원시 되었지만, 유력 투자 은행의 애널리스트는 앞으로 2년 정도 단숨에 강력해질 것으로 보고 있다.

 

뱅크 오브 아메리카는 2050년까지 11조 달러라는 막대한 그린 수소 시장이 형성될 것이라는 예측을 발표했다. 모건스탠리도 수소가 앞으로 수십 년 안에 11조 달러 규모의 시장 기회를 가질 것이라고 말한다.

 

또한 블룸버그 뉴에너지 파이낸스(BNEF)는 ‘수소 경제 전망’이라는 제목의 2020년 보고서에서 강력하고 포괄적인 정책이 실시될 것이라는 전제하에 2050년까지 전 세계 에너지 수요의 24%를 그린 수소가 차지하게 될 것이라는 전망을 밝혔다.

 

앞으로는 수소 발전뿐만 아니라 인프라 부족으로 인해 보급되지 않고 있는 연료전지차(FCEV)의 가능성에도 주목해야한다. 앞서 언급한 미국의 InvestorPlace는 ‘2020년대 안에 수소 경제가 비약할 것’으로 보고 있으며, 2022년은 수소가 전 세계를 재구축하기 시작한 해로서 역사적으로 기억될 가능성이 있다고 평가했다.

 

실제로 그렇게 된다면, 우리는 향후 몇 년 안에 수소 사회로의 변화를 목격하게 될 것이다.