수소경제시대는 언제 개막될 수 있을까?

지난 2021년 11월, 문재인 정부에서는 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’을 발표하였다.

여기에서 우리나라 2030년 수소 소요량을 390만t이고 2050년에는 2,790만t으로 예상하고 이를 공급하기 위한 방안으로 2030년 50%, 2050년 80%를 해외에서 수소를 수입한다고 방침을 수립하였다. 그리고 청정수소 국내 생산은 2030년 25만t(3500원/kg), 2050년 300만t(2500원/kg)을 계획하였다.

그리고 암모니아 개별 부도를 12개 개설하기로 결정하였다. 즉 서해안 5개(태안, 당진, 보령, 서천, 영흥), 남해안 4개(삼천포, 여수, 하동, 고성), 동해안 3개(삼척 3, 강릉)등으로 지정하였다. 또한 충북을 그린수소 규제자유특구로 지정, 암모니아에서 수소를 추출하는 실증연구를 추진하기로 하였다.

전 세계적으로 생산되는 수소의 96%는 화석연료로부터 수소를 만들어내는 ‘그레이수소’다. 그레이수소는 천연가스의 주성분인 메탄과 고온의 수증기를 촉매 화학 반응시켜 수소와 이산화탄소를 생성한다. 수소 1㎏을 생산하는 데 이산화탄소 10㎏을 배출되며 CCUS기술이 필수적으로 부착되어야 한다. 이같은 블루수소 이외에 EU에서는 태양광이나 풍력 같은 재생에너지를 통해 얻은 전기에너지로 수전해방식으로 얻는 그린수소 생산방식이다.

현재 그린수소 생산단가는 1kg당 3~7달러(US$)로 그레이수소 1kg당 1~2달러에 비하면 3~4배 이상 높은 수준이다. 그런데 EU국가에서는 그린수소 가격은 2030년경이 되어서야 1kg당 1~2달러 정도로 낮아질 것으로 전망하고 있다.

EU는 ‘2020 수소전략’이라는 로드맵을 수립하였다. 여기에서는 ▲2024년까지 재생가능 수전해 설비 최소 6기가와트 설치 및 재생수소 최대 100만톤 생산 ▲2025년~2030년 재생가능 수전해 설비 최소 40기가와트 설치 및 그린수소 최대 천만톤 ▲2030년~2050년 성숙한 단계의 재생가능 수소 기술 확보 및 탈탄소화가 어려운 모든 부문에 걸쳐 수소 사용 등을 목표로 제시했다.

이와 함께 EU는 수소생산, 수소충전시설, 수소모빌리티(버스, 승용차, 트럭, 항공, 내륙바지선), 지역난방, 수소저장시설을 망라하는 통합 밸류 체인을 구축하는 프로젝트를 추진하기로 하였다.

EU의 그린수소 생산 역량은 2019년 85MW에서 2022년 8월 162MW로 큰 폭으로 상승했으며 2030년까지 그린수소 천만톤을 생산하기 위해 필요한 전해조 용량은 140GW 규모로 추진하고 있으며 2030년 설치 용량은 138GW에 이를 예정이다.

한편 분야별로는 ▲역내 파이프라인 구축(280억-380억 유로), ▲저장(60억-110억 유로), ▲전해조(500억-750억 유로) ▲생산 역량 강화(20억 유로) 등을 투자하겠다는 계획이다.

미국은 2030년까지 자국 수소 수요를 1,700만 톤으로 확대하고, 자급률 100%를 달성하기 위해 수전해설비 등 수소 생산기술 혁신에 투자한다는 방침이다. 그리고 상업적 수소 생산기술의 개발 촉진을 위해 ‘수소생산기술로드맵’을 발표·추진하고 있다. 특히 미국은 청정수소 부문을 위해 막대한 보조금 지원 체계를 구축했다.

미국은 2021년 말 통과된 ‘초당적 인프라법’에 따라 청정수소 지역 허브 개발에 80억 달러를 지원하며, 2022년 8월 제정된 ‘인플레이션 감축법’에 따라 수소의 탄소 집약도에 따라 수소 생산자에게 세액 공제를 제공하고 있다.

또 미국은 최근 텍사스주 북부에 40억 달러 규모로 청정수소설비를 구축하여 청정수소 생산을 위해 1.4GW의 재생에너지발전소를 활용할 계획이다.

일본은 2050년 기준 수소 2,000만톤을 자동차·선박·철강 등 전 산업 분야에서 활용하겠다고 선언했다. 이에 해외에서 생산한 싼 가격의 수소를 수입해오는 전략을 세웠다. 해외 미이용에너지(호주 갈탄)와 재생에너지(사우디아라비아 태양광)를 활용해 수소를 생산해 조달하는 실증 프로젝트 진행해 왔다. 특히 일본은 수소 생산과 기술을 가장 적극적으로 육성하고 있는 호주와 손을 잡고 액화수소 운반선 ‘스이소 프론티어’를 통해 수소 해상 운송에 성공했다.

‘스이소 프론티어’는 1250㎥ 규모의 수소탱크에 약 50톤의 액화수소를 싣고 2022년 1월 호주 헤이스팅스에서 출항해 일본 고베항에 한달 만에 도착했다.

이같이 EU국가들이 가장 앞장서서 재생에너지 전기를 이용해 수전해 방식으로 수소경제시대를 개막시키고 있으며 결국 재생에너지 생산가격을 낮춰 그린 수소를 화석연료 가격에 맞춰 나간다는 방침을 수립하고 있다.

그리고 나머지 국가들은 대부분 LNG가스를 개질 방식을 활용하여 CCUS기술과 함께 블루 수소를 생산하는 방식을 도입할 수 밖에 없는 실정이다. 그러나 이는 수소 생산가격이 너무나 높고 LNG가스라는 해외원자재 가격동향에 따라서 가격이 결정되기 때문에 값싼 대량 수소생산방식이라고 할 수 없다.

결국 일본이 해외에서 수소를 생산하여 수입해 오는 방식을 활용하여 해외 네트워크를 활용방안을 모색해 나가고 있다.

우리나라는 이미 진행 중인 동북아 슈퍼그리드와 러시아 파이프라인가스(PNG) 등과 연계해 해외 수소생산을 추진할 필요가 있다고 주장이 나오고 있다. 즉 몽골 고비사막과 중국 네이멍구에서 풍력 발전이나 태양광 발전으로 생산한 전력을 국내 도입하는 동북아 슈퍼그리드를 확장해 몽골과 중국에서 재생에너지 연계형 수소생산을 추진해야 된다는 방안이 제시되고 있다.

그리고 러시아 파이프라인 가스(PNG)는 러시아 극동지역에서 천연가스를 활용한 추출 수소 생산이 가능하기 때문에 이를 활용할 수도 있을 것이라는 전망이 나오고 있다.

일부에서는 대규모(100㎿급 이상) 재생에너지발전단지와 연계한 수소생산시설을 추진해 나가야 된다는 주장이 나오고 있다.

2022년까지 ㎿급 수전해 기술을 개발한 이후 2025년부터 비기계식 수소 압축 및 저장 기반 대용량 전력저장 상용화 기술을 개발하고 현재 55% 수준인 수전해 효율도 2022년 70%까지 끌어올릴 수 있다는 주장이다.

한편 기존 경수로 원전은 300도의 폐열을 분출하고 있지만 제 4세대 원전은 초고온가스로로 850 - 900도 고열을 분출하고 있어 수소생산효율도 30% 늘어나는 고온수전해법을 활용하면 수소생산단가가 1,800원/kg으로 대량 값싼 수소를 생산할 수 있다고 전망하고 있다.

허지만 초고온 소재가 아직 개발되지 않아 티타늄을 통하여 개발이 가능할 것이라는 전망이 나오고 있다.

그리고 식물이 햇볕을 받아 광합성 작용을 하듯이 햇볕을 받으면 에너지를 생산하는 광촉매를 활용하여 물을 분해, 수소를 생산하는 기술개발이 활발하게 이뤄지고 있다. 대체로 티타늄을 활용한 광촉매가 유용할 것으로 전망돼 이에 대한 기술개발도 기대해 봄직하다.

여하튼 지금과 같은 추세라면 2040년대에서는 본격적인 수소경제시대 개막될 전망이며 앞으로 화석연료를 대신하는 수소경제가 세계경제를 지배하게 돼 결국 수소경제를 리드하는 국가가 세계경제를 리드해 나가게 될 것이다.