세계 각국, 수소경제 위한 추진전략 수립

▲ 한국 산업통상자원부 김정일 신재생에너지정책단 국장

수소경제 활성화 로드맵으로 수소경제 선도할 것

대한민국은 수소전기차와 연료전지분야에 최고 기술력을 보유했다. 또 수소 연관산업에 대해서도 많은 장점을 갖고 있다고 자부한다.

한국은 이와 같은 국가 자본을 바탕으로 수소경제 활성화를 위해 5대 분야를 중심으로 집중해 나아가고자 한다.

우선 모빌리티분야로 수소전기차 시장의 내수시장을 확대해 나아가고자 한다. 지난해까지 누적 889대가 보급됐으며, 2040년까지 총 290만대 보급을 목표하고 있다. 아울러 수소버스·택시·트럭 등으로 청정수송 기반을 마련할 것이다. 더불어 차량 이외에도 기차, 선박, 드론 등에도 수소에너지를 활용할 계획이다.

차량 증가와 함께 수소충전소도 확대할 것이다. 현재 14개소에서 2030년 310개소, 2040년 1200개소로 확대하는 것이 목표다.

한국은 지금까지 에너지분야에서 중앙 집중형 구조에 의존해 왔다. 그러나 앞으로 분산발전의 중요성이 증가함에 따라 연료전지발전 등을 확대할 계획이다.

발전용 연료전지는 2040년까지 총 8GW를 목표하고 있으며, 이 가운데 7GW는 수출에 집중해 세계 연료전지시장의 점유율 1위를 유지할 것이다.

아울러 가정·건물용 연료전지부문에 있어서는 2040년까지 약 100만가구에 초소형 연료전지 설치를 목표하고 있다.

현재 수소생산은 추출·부생수소 중심이지만 2040년까지 그린수소로 전환할 것이다. 또 저장과 운송부문에서는 2040년 액화, 액상 등으로 수소를 운송할 것이며, 전국적인 파이프라인 구축도 계획하고 있다.

더불어 수소경제를 뒷받침하는 생태계 조성은 물론 안전한 수소경제 사회를 위해 안전과 관련한 제도정비는 물론 국민인식 제고에도 나설 것이다.

▲한국 국토교통부 안세희 서기관

수소를 주된 에너지원으로 사용하는 수소도시 조성

과거 덴마크와 영국, 일본 등은 수소에너지를 활용한 수소도시에 대한 시범사업을 진행하고 있다.

한국의 수소경제는 에너지패러다임 전환의 원동력이자 우리경제의 혁신성장을 위한 모멘텀이다. 이러한 수소경제 이행을 위해선 도시차원에서 수소의 대량 생산·수급이 요구된다.

즉, 수소경제 이행을 위해선 개별 인프라 혹은 각각의 분야가 아닌 도시차원에서 수소를 주된 에너지로 활용해야 한다. 다만 이는 수소의 대량생산과 공급을 전제로 한다.

이를 위해선 우선 수소에너지가 안전하다는 시민들의 인식과 함께 수소를 에너지원으로 사용해야 하는 수용성이 기조로 조성돼 있어야 한다.

따라서 한국도 지난 2013년부터 2018년까지 진행된 ‘울산 수소타운’에 이어 올해 4개지역을 수소시범도시로 선정할 계획이다.

수소를 도시의 주된 에너지원으로 사용하고, 이를 통한 도시경제 활성화 및 시민생활 변화를 꾀할 것이다.

이를 위해 앞서 언급한 것과 같이 우선 수소를 주된 에너지를 사용하는 만큼 시민의 수용성과 수소의 안전성을 시민이 체감해야 한다. 또 주거나 교통 등 다양한 분야의 핵심기술에 수소가 사용돼야 한다.

또한 수소시범도시를 추진함에 있어 수소의 생산과 저장, 공급, 활용 등을 위한 기반을 적절하게 배치할 계획이다.

▲미국 에너지부 낸시 갈랜드(Nancy Garland) 기술매니저

수소에너지의 활용처 넓혀 수소경제 이행

미국은 수소생산·저장·수송·활용 등 다양한 기술검토 진행과 더불어 경제성 확보로 수소경제를 이행하고자 한다.

미국에너지부(DOE)는 수소를 통한 에너지안보와 그린에너지 생산·공급을 위해 노력하고 있다. 이를 위해 저렴한 비용으로 수소를 생산해, 소비지역까지 수소를 운송하고 다양할 활용처에 공급할 수 있도록 초점을 맞추고자 한다.

수소에너지는 다양한 에너지원에서 생산해 소비할 수 있어, 수소를 생산지에서 운송하는 방법이 중요하다. 이에 미국은 태양광·풍력 등 재생에너지 자원이 풍부한 지역에서 수소를 생산해, 수소 소비지역까지 운송할 계획을 수립했다.

활용부문에 있어서도 미국은 다른 국가와 마찬가지로 연료전지 활용뿐만 아니라 더 큰 범위에 관심을 갖고 있다.

독일이 최근 철도에 연료전지를 적용해 수소전기차량을 개발 했듯이 미국도 철도청과 함께 수소연료전지철도를 개발하기로 협력했고, 해운선박 등에도 연료전지를 채용키로 했다.

뿐만 아니라 해안 지역에서 연료전지를 사용토록 하는 방안도 검토하고 있다. 예를 들어 선박이 정박하고자 할 때 화물트럭이 오기 전까지 선박 내 냉장상태를 유지해야 하는 경우, 이를 연료전지발전을 통해 공급하고자 하는 것이다.

이 같은 계획을 이행하기 위해 수소경제에 대한 연구개발을 통한 가격 경쟁력 등도 확보해 나갈 계획이다.

그간 연료전지분야의 R&D 추이를 살펴보면 지난 2006년 이후 가격은 약 60% 감소해 ㎾ 당 50달러 수준으로, 향후 30달러를 목표하고 있다. 또한 내구성도 향후 8000시간을 목표로 하고 있다.

▲호주 연방산업혁신과학부 제이슨 루소(Jason Russo) 국장

수소경제 이행을 위한 국제협력 중요

수소경제를 이행함에 있어 호주와 한국의 국제적 협력은 중요하다고 생각한다. 한국은 현재 수소와 관련해 강력한 비전을 제시하고 있는 모범적인 국가다. 또 수소경제의 주도적 역할을 다하겠다고 천명하고 노력하고 있다.

한국과 호주는 서로 수출·수입을 활발하게 하고 있다. 여기에 공통 관심사로 수소에너지가 있으며, 양국 모두 장기적인 시각에서 바라보고 있다.

호주의 수소생산 잠재력은 높다. 다양한 방식으로 수소를 생산하기 위한 채널이 많고, 과거 천연가스 수출 시장을 개척했던 경험을 보유했기 때문에 수소에너지의 수출에 대한 잠재력도 높다.

호주는 태양광·풍력 자원이 풍부하다. 또한 전 세계적으로 대부분 천연가스·석탄 등으로 수소를 생산하는데, 호주는 이에 기반한 천연자원을 갖고 있다.

즉, 풍부한 재생에너지 발전원을 수출하거나, 수소로 생산해 수출할 수 있는 가능성이 있으며, CO₂저장·포집기술과 연계한 천연가스로부터 수소생산으로도 에너지를 수출할 수 있다.

호주에 있어서 수소산업은 신생산업이다. 때문에 이 같은 여건을 기반으로 도전과제를 먼저 파악하고 기회를 포착하고자 한다.

즉 앞으로 대규모, 대용량의 수소수송과 발전을 위해선 경제성 확보가 중요한데 이를 위해선 투자와 협력이 필요하다.

이에 호주는 수소경제를 이행함에 있어 국가적 차원에서는 수출을 최운선 순위로 설정해 추진하고자 한다. 이를 위해 민간부분에 투자하고 연구개발 협력이 이루어질 것이다.

나아가 호주 내에서도 수소에너지 수요를 증가시키기 위한 전략들을 논의하고 있으며 가스네트워크, 수송, 전력시스템지원, 산업발전을 함께 발전시킬 것이다.

▲중국 국가에너지국 국제부 안 평취안(An Fengquan) 부국장

재생에너지로부터의 수소생산에 많은 발전 기대

중국의 동부지역과 중부지역 등에서는 6~8개의 자체 수소프로젝트를 개발 중에 있다. 수소전기차도 현재 3,900대가 생산돼 운행 중이며, 수소충전소도 25개소가 준공됐고 현재 50개소가 건설 중이다.

중국의 수소생산량은 2,500만톤이다. 이는 세계에서 가장 큰 생산비중을 차지하는 수치다. 중국의 수소생산기술을 살펴보면 2/3는 화석연료에서 생산되고 1/3은 산업용 부생수소다. 또 극소수가 재생에너지로부터 생산되고 있다.

이 수치를 통해 중국은 전통적인 에너지원에서 재생에너지원으로 수소생산 방식을 도전하고 있다고 볼 수 있다.

또한 연료전지 기술에 대해서도 중국의 많은 과학원과 기술대학 등에서 활발한 연구를 진행하고 있으며, 지난해 50개 이상의 대학과 산업계 등이 참여한 ‘중국수소연맹’도 출범했다.

중국은 세계 최대의 에너지 소비국이자 생산국으로 에너지믹스는 대부분 석탄 중심이었다. 석탄의 비중이 지난 10년간 줄어들었으나, 여전히 59%를 차지하는 등 높은 수준이여서 저탄소 경제로의 전환이 과제다.

중국의 재생에너지 비중은 점차 증가할 것으로 예상된다. 세계적인 에너지 생산·소비국인 점을 감안해, 중국 내 예상대로 재생에너지 비율이 증가한다면 이도 세계 1위가 되지 않을까 생각한다.

다만, 현재 수소생산에 대해 석탄으로 생산하는 방식이 kg당 20위안으로 가장 저렴하다. 수전해를 통한 생산은 약 40위안으로 약 2배 정도 높다. 따라서 중국은 재생에너지 발진비중 향상에 따른 수소생산 비용을 점차 낮출 계획이다.

▲독일 연방경제에너지부 볼프강 랑겐(Wolfgang Langen) 과장

재생에너지 사용을 증가시켜 청정사회 준비

독일이 수소경제를 바라보는 출발점은 신재생에너지발전이다. 이를 통해 수소를 저장하고 건물, 교통, 산업, 전기로 부문을 나눠 활용하겠다는 계획이다.

독일은 과거 석탄과 원자력, 가스를 활용했다. 다만 2022년까지 원자력을 없애고 기후변화 목표를 달성하기 위해 2031년까지 석탄발전도 없애겠다는 다른 목표도 설정했다.

독일 에너지의 핵심은 재생에너지 사용을 증가시키는 것이다. 구체적으로 2050년까지 전체 최종 에너지소비의 60%를 신재생에너지로 발전하겠다는 것이다. 또한 교통과 발전분야를 넘어 냉·난방 부문에까지 신재생에너지 비중을 높일 계획이다. 다시 말해 2050년까지 1차에너지 소비를 50%까지 줄이자는 야심찬 계획이다.

이러한 목표를 달성하기 위한 수단이 수소에너지다. 독일은 단계별로 추진할 계획이다.

우선 전기분해장치를 개선하고 관련기술을 위한 연구개발을 진행할 예정이다. 지난 2017년까지 다양한 연구개발이 진행됐고, 그 결과 수소와 연료전지에 대한 이해도를 높였다. 다만 더 많은 연구가 요구되고 있으며, 독일이 신재생에너지 위주로 나아가고자 함에 따라 신재생에너지를 활용한 수소생산·활용 등에 대한 연구가 더 필요하다.

뿐만 아니라 독일은 수소를 다른 국가로 운송하기 위한 방안을 고민하고 있으며, 수출산업에서도 수소에너지가 큰 역할을 담당할 것으로 기대하고 있다.

▲일본신에너지산업기술종합개발기구 에이지 오히라(Eiji Ohira) 국장

수소는 환경·에너지안보·경제성 위한 열쇠

수소에너지 정책을 왜 하느냐에 대해선 ‘환경·에너지안보·경제성’을 위한 열쇠가 수소에너지이기 때문이라고 답하고 싶다.

일본정부는 2년 전 수소경제전략을 수립해 추진하고 있다. 일본은 수소가 유용한 신에너지원으로 자리매김 할 수 있도록 하기 위해 비용절감을 최우선 목표로 하고 있다.

우선 차량부분에 대해서 현재 3,000대의 연료전지차량이 도로에서 운행 중이며, 상업용 수소버스도 생산돼 동경 수도권에 15대가 운영 중이다.

또한 충전소에 대해서도 일본 전역에 100개소의 충전소가 구축돼 차량에 수소를 공급하고 있으며, 지게차량은 약 140대가 보급됐으며 최근 택배차량과 배송차량 등에도 연료전지시스템이 적용됐다.

가정용의 경우에도 700W급 연료전지설비를 2030년까지 약 530만호에 공급하는 것을 목표하고 있다.

특히 NEDO는 올해 연료전지산업을 지원하기 위해 2억달러에 달하는 R&D 예산을 배정했고, 연료전지 시장 성숙을 위해 박차를 가하고 있다.

구체적으로 연료전지는 PEFC와 SOFC에 대해 기술력 향상에 집중할 계획이다. PEFC의 경우 2030년까지 내구성을 5만시간으로 목표하고 있다. 또 고정형으로 SOFC는 발전효율을 60% 이상을 목표하고 있다.

또한 수소에너지 시장 확대와 대규모 수소수요에 부합하기 위해 수소가스터빈 등의 기술개발도 진행하고 있다.

더불어 재생에너지를 활용한 수소생산을 위한 내년 3월 후쿠시마 지역에 알칼라인 방식으로 10㎿규모의 대규모 P2G 설비가 준공한다. 아울러 수소를 장거리 운행하기 위해 현재 액화수소를 중심으로 한 기술개발도 활발히 추진 중이다.