수소경제 활성화를 위한 노력과 수소시장 규모

이기암 기자 / 기사승인 : 2020-10-15 21:20:40
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기획 : 미래 신산업으로 성장하고 있는 수소산업


1. 수소경제 활성화를 위한 노력과 수소시장 규모
2. 세계 최고의 수소시티 구현을 위한 울산시의 노력
3. 현실로 다가온 탄소국경세, 급변하는 세계연료전지시장
4. 수소시대를 맞이하기 위한 세계 각국의 전략
5. 전문가들이 보는 수소경제와 해결 과제


▲ 2020년 7월, 일산 킨텍스에서 열린 수소경제 활성화 관련 현황과 비전 및 전략을 공유하기 위한 ‘수소모빌리티+쇼’와 수소경제위원회 출범식에서 정세균 국무총리와 정의선 현대차 수석부회장이 얘기를 나누고 있다. 수소경제 표방을 위해 유럽의 국가들이 수소산업을 서두르자 한국도 더 이상 늦출 수 없다는 정부의 판단 하에 내년 초 출범할 예정인 수소경제위원회가 6개월 정도 앞당겨 출범했다. ⓒ이기암 기자

수소경제를 통한 에너지 패러다임 전환

2050년 재생에너지, 세계 총발전량의 73%

지구온난화 문제가 기후위기를 초래하고 인간에게도 태풍·홍수·가뭄 등 직·간접적으로 치명적인 피해를 입히고 있는 가운데 2018년 이산화탄소(CO2) 연평균 농도가 407.8ppm으로 최고치를 갱신했다. 산업혁명 시기인 1750년과 대비해 약 50배 증가한 수치다. 온실가스의 주된 배출원은 화석에너지인데 이는 기후변화의 주된 요인이라고 할 수 있다. 특히 2016년 기준으로 에너지 부문에서 온실가스의 약 78%가 배출되고 있는데 한국은 약 87%로 세계평균보다 좀 더 높은 수치다.
 

새로운 에너지원으로 재생에너지 활용방안이 연구되고 있다. 특히 수소에너지는 연소 시 물만 배출하기 때문에 청정에너지로 관심받고 있다(단, 수소생산이 비교적 쉬운 화석에너지를 통한 수소 생산일 경우 CO2가 발생하는 문제가 있다). CO2가 발생하지 않는 그린수소 생산에는 효율성 면에서 어려움을 겪고 있지만 그럼에도 수소에너지가 미래에너지로 각광받고 있는 이유는 재순환이 가능해 고갈 우려가 없다는 점이다. 수소연료전지를 통해 전기를 생산할 경우 효율적인 전기 생산을 위해 외부의 공기(산소)를 공급받는데 서울시에서 수소승용차 1대가 운행하면 공기 4만2000리터(성인 70명분)를 정화시킬 수 있다고 한다.
 

이처럼 재생에너지를 연계할 때 수소는 가장 이상적인 친환경 연료가 될 수 있는데 태양광과 풍력발전에 의한 전기를 이용, 수소를 생산할 경우에는 생산과정에서도 CO2는 제로가 될 수 있다. 또한 수소경제는 CO2를 감축하는 기후변화에 대응함과 동시에 자동차산업에 있어서 미래성장동력을 확보할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 한국과 일본은 모빌리티와 에너지 등에서 수소를 활용하기 위해 많은 정책을 시행하고 있고, 정부 차원에서 안정적이고 경제성 있는 수소 유통체계를 구축하기 위한 노력을 꾸준히 하고 있다.
 

▲ 수소경제위원회가 출범한 날 정세균 총리는 “수소승용차를 2040년까지 275만 대 수준으로 보급하기 위해 2025년까지 연 생산량을 상업적 양산수준인 10만 대로 확대할 것이며 수소연료전지, 스택 등 핵심부품의 국산화율도 100% 실현할 수 있도록 기술개발지원을 지속적으로 확대할 것”이라고 밝혔다. ⓒ이기암 기자

 

유럽은 2010년 이후 독일을 중심으로 재생에너지에 대해 큰 관심을 갖게 됐는데, 배경은 역시 버려지는 전기에 대한 해결 문제였다. 특히 2011년 재생에너지양이 총 에너지 비중의 20%를 넘어서면서 독일은 P2G 실증사업을 본격 시작했다. 유럽 전역에서도 P2G 실증사업을 50여 개 넘게 하고 있으며 세계적으로도 재생에너지 발전이 급속히 확대되고 있다. 전문가들은 2050년이 되면 재생에너지가 세계 총발전량의 73%까지 확대될 수 있다고 본다. 우리나라제3차 에너지기본계획에 따르면 2040년 재생에너지를 총발전량의 30~35%까지 늘려나가겠다고 계획하고 있다. 수소가격 역시 2030년이 되면 지금보다 50~60%정도 낮아질 수 있다고 보고 있다.  


2020년 7월, EU 수소전략 2030 발표
수소경제 시장규모 1400억 유로까지 확대


유럽에서는 2020년 7월 8일, 민관 Clean Hydrogen Alliance가 출범하면서 EU 수소전략 2030이 발표됐고 수소경제 시장 규모를 1400억 유로까지 확대하며, 일자리 14만여 개 창출을 목표로 하고 있다. 수소 1000만 톤 생산을 위해 생산설비 40GW 구축도 계획했다. 이에 앞서 한 달 전 독일은 국가 수소경제 전략을 발표했는데 정부 차원에서 수소경제 육성에 90억 유로를 투자해 2030년까지 재생에너지 수소생산설비를 5GW로 확대하기로 했다. 수소충전소 역시 올해까지 100기를 구축한다는 계획이다. 영국은 의회에서 Hydrogen Taskforce가 출범했고 여기엔 BP, Shell 등 10여 개 기업이 참여하고 있다. 영국은 향후 5년간 10억 파운드를 투자하기로 했고 영국 가스망에 수소혼합유통을 계획하며 2025년까지 100개의 수소충전소 설치를 목표로 했다.

한국, 2019년 수소기업 총매출액 1조6000억 원
전체 526개 수소기업 중 수소이용 분야 63.3%


2017년 기준 한국의 수소생산량은 164만 톤으로 정유공정에서 75%, 납사분해 13%, LNG개질이 7%를 차지하고 있다. 2020년 6월말 기준으로 수소충전소는 41개소다. 일반인이 이용할 수 있는 충전소는 33개소다. 2019년 수소기업의 총매출액은 1조6000억 원으로 여기에 1만6322명이 종사하고 있다. 전체 526개의 수소기업 중(현대차그룹 제외) 수소를 이용한 분야가 63.3%를 차지하며 기술개발에 1095억 원이 투자되고 있다. 2020년 정부의 주요 예산사업계획을 보면 생산과 관련해 수소생산기지 구축에 299억여 원, P2G 실증사업에 66억여 원, 저장과 관련해서는 수소액화플랜트 기술개발에 68억여 원, 그린수소 생산과 저장 시스템 개발에 40억 원을 계획하고 있다. 이밖에 버스용 충전소 실증사업에 48억여 원, 수소충전소 설치비 지원에 923억여 원의 예산이 들어간다. 

 

▲ 일본은 제5차 에너지기본계획에서 2050년까지 온실가스의 80% 감축을 목표로 에너지전환과 탈탄소화를 꾀하고 있다. 2030년까지 고효율 화력발전을 활용해 화석연료 자주개발을 추진하고, 원자력의 안정성 향상 및 재가동과 수소·축전·분산형 에너지 체제 구축을 추진하고 있다. 일본 토요타시에 전시돼 있는 일본의 수소전기차 미라이(MIRAI). ⓒ이기암 기자

지난해 초 발표된 우리나라 수소경제 활성화 로드맵에 보면 2040년까지 수소의 공급, 유통, 가격 등을 상세히 제시하고 있다. 먼저 수소차 생산량은 2040년까지 620만 대로 확대해 세계시장 점유율 1위를 목표로 하고 있다. 대중교통 부문에서도 2040년에 수소택시 8만 대, 수소버스 4만 대, 수소트럭 3만 대를 보급하고 수소활용을 수소선박과 수소열차, 수소건설기계 등으로 확대하기로 했다. 실제 울산에서는 이미 수소트램과 수소선박 등의 상용화를 위해 발빠르게 움직이고 있다. 발전 부문에서는 친환경 분산형 전원인 발전용 연료전지를 재생에너지 활용 수소생산과 연계해 2040년까지 가정과 건물용 연료전지를 약 94만 가구에 전기를 공급할 수 있는 2.1GW 규모로 보급한다는 계획이다.  

 

울산테크노파크의 수소연료전지 실증화센터에서 진행하고 있는 자족형 분산발전 수소공급계획에 의하면 시간당 1만㎥정도의 수소를 공급하는 것이 목표인데 이 정도면 연료전지 약 15MW를 발전할 수 있는 양이다. 우항수 울산테크노파크 에너지기술지원단장은 “365일 동안 고순도 수소를 끊임없이 공급받아서 연료전지제품의 내구성과 다양한 테스트를 할 수 있다는 것이 울산테크노파크 수소연료전지 실증화센터의 가장 큰 장점(배관으로 연결돼 있기 때문에 마음껏 수소를 쓸 수 있다)이며 세계에서도 이렇게 대량으로 수소를 공급받는 곳은 없다”고 자부했다.

과제는 수소에 대한 국민수용성

아직까지 우리나라는 수소에 대한 위험성에 대해 국민수용성이 과제로 남아있다. 정부는 교육 프로그램과 홍보 시스템을 효과적으로 구축해 수소에 대한 국민 이해를 높이고 사회적 인식 전환을 유도한다는 방침이다. 또 민관 세미나를 지속적으로 열고 관련 정책과 법률규제를 개선하며 산·학·연 기술협력 네트워크를 활성화할 계획이다. 수소산업은 초기에 민간투자 촉진 및 생태계 조성을 위해서 정부주도가 불가피한 상황인데 이를 위해 2020년 2월 수소경제 육성 및 수소안전관리에 관한 법률이 제정됐고 제정 1년 후인 2021년 2월 5일부터 시행하게 된다.

 

수소경제사회 이행 촉진을 위한 기반 조성으로는 수소전문인력 양성, 수소 관련 제품의 표준화, 수소산업 관련 기술개발 지원 등이 포함돼 있으며 수소산업의 체계적 육성을 도모하기 위해 수소경제 이행 기본계획 수립, 수소전문기업 육성, 수소유통 전담기관 지정 등의 내용이 포함돼 있다. 또한 태양광, 풍력발전 등 재생에너지 발전의 지속적 확대를 위해 2030년까지 재생에너지 비중을 20%까지 확대하며 2040년까지는 30~35%까지로 확대할 것을 목표로 했다. 그린수소 기술개발을 지속적으로 추진하기 위해 수소연구원을 설치하고 수소기술개발기금을 마련하며 그린수소 도입을 위한 기반 마련으로 수소운반선 제작, 액화기술 개발, 국내 인수기지 건설 등을 추진할 계획이다. 특히 호주 등 그린수소 생산국과 분업체계를 통해 협력을 구체화할 방침이다. 

 

▲ 울산시는 지난 6월 ‘국가 수소경제 활성화 로드맵’ 액션플랜 중 수소연료전지 및 수소전기차 산업생태계 조성 사업에 한 발짝 나아가기 위해 ‘수소연료전지 및 수소전기차 보급 활성화 업무협약’을 체결했다. 이번 업무협약은 울산시, 한국동서발전(주), 대원그룹, ㈜경동도시가스가 참여하는 ‘울산지역 연료전지 발전사업 공동 협력’과 울산시, 현대자동차, (사)한국수소산업협회가 참여하는 ‘수소전기차 공공·민간 부문 보급 및 홍보 활성화’가 그 내용이다. ⓒ이기암 기자


국제 수소거래 해상운송로 개설 중요

IEA(국제에너지기구)는 2019년 6월 발간한 보고서에서 안전하고 저렴한 에너지 이용을 확대하기 위해 수소의 잠재력을 활용해야 한다고 강조하고 있다. IEA는 몇 가지 권고사항을 제시했는데 먼저 중앙정부와 지방정부는 에너지 부문에서 비전을 명확하게 제시하고 기업은 장기적인 목표를 설정할 필요가 있다고 봤다. 또 수소이용 확대의 가장 큰 장애요인인 가격문제를 해결하기 위해 정책적 지원을 통한 투자 촉진, 그리고 장기적으로는 수소공급가격을 낮춰서 안정적인 수소시장을 조성하는 정책이 필요하다고 봤다. 

 

기업들에는 연구개발 지원을 통해 규모의 경제에 따른 비용 절감을 이루며 기업은 기술개발을 통해 수소생산비용을 낮추고 성능을 향상시킬 것을 주문했다. 정부는 불필요한 규제를 폐지하고 산업적 표준을 만들어야 하며 향후 10년간 수소경제 확산을 위해서는 기존 수소 관련 산업이 모여 있는 항구를 저비용·저탄소 수소생산 허브로 활용할 것, 청정수소 공급 촉진을 위해 기존 가스 기반 시설을 활용할 것, 연료전지 차량의 경쟁력 향상을 위해 육상 운송수단을 지원할 것, 국제 수소거래 활성화를 위한 해상 운송로를 개설할 것 등을 들었다.

고용·산업 규모 유지에 수소산업 세계적 추세
경제논리 없다면 수소에너지 이미 활용됐을 것


이처럼 IEA가 앞으로 수소경제 확산을 위해 여러 가지 제언한 것처럼 울산 역시 기존 내연기관 위주의 자동차·조선업도 수소산업과 같은 신산업으로 가야 한다는 의견이 있다. 울산은 그동안 자동차·화학·조선업에서 원유를 도입해서 썼고 특히 자동차와 선박 등은 내연기관 위주의 산업이 주를 이뤘다. 하지만 이 산업을 그대로 유지하면 온실가스 배출 규제로 내연기관 자동차는 더 이상 해외(특히 유럽)에 팔 수가 없다. 2025년부터 유럽과 중국에서도 차를 안 사간다고 하니 기존 내연기관 위주의 자동차산업이 어려워질 수밖에 없다. 

 

자동차뿐 아니라 선박도 IMO(국제해사기구)에서 이산화탄소 배출량을 엄격히 통제하고 있는 상황이다. 천연가스를 이용하거나 연료전지를 활용한 선박으로 갈 수밖에 없는 구조가 돼 가고 있다. 이런 세계적인 추세에서 고용과 산업 규모를 유지하기 위해서는 수소와 같은 신산업으로 가야 한다는 것이 중론이고 결국엔 지구온난화 문제와 산업전환 문제는 서로 맞물려 있다고 볼 수 있다. 수소를 통해 전기와 열 같은 에너지를 얻으면서 발생되는 것은 물밖에 없다. 탄소 원소가 전혀 없는 화합물이니 연소나 화학반응을 통해서도 온실가스가 전혀 발생하지 않는 것이다. 

 

우항수 울산테크노파크 에너지기술지원단장은 수소에너지는 꿈의 에너지이자 인류 궁극의 에너지라고 말한다. 화석연료의 경우 탄소와 수소로만 된 탄화수소라면 온실가스 외에는 신경 쓸 것이 없지만 화석연료 안에는 질소와 황이 포함돼 있어서 이 같은 성분을 포함한 물질이 연소하면서 질소화합물과 황화합물이 환경오염과 오존층 파괴까지 가져올 수 있는 것이다. 우항수 단장은 “최초의 지구에는 환경오염이라는 단어조차 없었다”며 “경제적 논리만 없다면 당시의 기술로 가능한 수소에너지는 벌써 와 있었을 수도 있다”고 설명했다. 

 

▲ 송철호 시장은 지난 6월 울주군 온산국가산단 내 ‘울산 수소 그린모빌리티 규제자유특구’로 지정된 ㈜에이치엘비를 방문해 수소선박 건조과정 현장을 확인하고 수소선박 확대방안에 대해 논의했다. 2021년에는 울산 남구 장생포에서 출발해 태화강 국가정원까지 수소선박 실증운행이 가능할 것으로 보인다. ⓒ이기암 기자

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