‘수소’ 혁신성장에 혁신을 더하다

“세계 최고 수소경제 선도국가 도약” 필요

수소경제 생태계 구축 토론회

온실가스와 미세먼지 저감, 신재생에너지산업은 대한민국의 미래를 좌우할 시대적 과제다. 기후위기를 막고 지속가능한 발전을 위해 이제 화석에너지와 과감히 결별해야 한다. 그리고 문명의 대전환을 이끌 수소경제가 미래 성장 동력으로 주목받고 있다.

이와 관련, 국회수소경제포럼과 양정숙 국회의원은 지난해 11월 17일 국회의원회과 제7간담회의실에서 ‘수소경제, 대한미국 혁신성장에 혁신을 더하다’라는 제목의 에너지 전환 수소경제 생태계 구축 토론회를 개최했다.

이날 박병석 국회의장은 인사말을 통해 “수소는 배기가스를 발생하지 않고, 어느 국가에서나 얻을 수 있으며, 화석연료보다 에너지 밀도가 높은 미래 에너지원”이라며 “기후 위기에도 대비하면서 혁신성장을 하기 위한 준비가 필요하다”고 전했다.

세계는 수소경제 경쟁에서 우의를 점하기 위해 치열하게 경쟁하고 있다. 우리 정부 역시 수소경제에 비중을 두고 역량 강화를 위해 노력하고 있다. 2019년 수소경제 청사진이 제시됐고, 국회는 세계 최초로 수소법을 제정해 범정부 수소경제위원회가 출범했다.

주요 기업들은 수소기업협의체를 만들어 수소경제 관련 전 분야에서 협력을 모색하고 있다. 박병석 국회의장은 또 “대한민국의 수소연료전지 기술은 세계 최고 수준이다. 우리는 수소경제를 충분히 선도할 잠재력을 가지고 있다”며, 이번 토론회를 통해 수소경제 정책방향에 대한 전문가들의 다양한 의견과 지혜를 모을 수 있기를 기대했다.

국회수소경제포럼, 수소경제 견인

김종민 국회수소경제포럼 대표의원은 인사말에서 “세계 최고의 수소경제 선도국가로 도약하기 위해 한국은 수소 생산뿐만 아니라 수소 저장, 운송, 활용까지 전 과정을 아우르는 수소경제 체계를 확립하고자 한다”며 “현재 수소 활용 분야에서 앞서나가고 있는 한국이 안정적이고 경제적인 수소 저장과 운송 생태계 또한 구축할 수 있게 많은 노력을 기울여야 하는 시점이라고 생각된다”고 밝혔다.

김종민 의원은 아울러 “대한민국의 혁신성장을 위해 친환경 수소에너지에 관한 관심과 연구는 국회에서도 입법과 국회의원 연구단체인 수소경제포럼을 통해 지속적으로 추진할 계획”이라고 전했다.

양정숙 국회의원은 인사말을 통해 “수소경제 도입을 통한 에너지원 다각화는 국가 에너지 안보를 향상시키는 동력”이라며 “수소에너지의 생산, 저장, 운송, 활용에 대한 기술개발과 산업화를 바탕으로 대한미국의 수소경제 선도국가로 미래를 준비해야 한다”고 밝혔다.

양정숙 의원은 또 “수소전기차 및 연료전지 부문에서 대한민국은 선진기술을 보유하고 있고 빠르게 성장하는 글로벌 수소경제에서 앞선 기술을 바탕으로 세계시장을 선도하고 있다”고 전했다.

한국 수소산업 로드맵을 분석한 맥킨지 보고서는 2050년 국내에서만 연간 약 70조 원의 경제 효과와 약 60만 명의 고용 창출 효과가 있을 것으로 전망했다. 정부는 2040년 세계 최고 수준의 수소경제 선진국으로 도약할 것을 선언했다.

수소경제 이행 주요 성과

발제자로 나선 이옥헌 산업부 수소경제정책과장은 ‘수소경제 이행 기본계획 주요 내용’에 대해 발표했다. 이에 따르면 정부의 수소경제 이행 주요 성과는 공급에 있어 부생·추출수소 중심 공급 인프라를 확충하고, 그린수소 생산에 필요한 수전해 설비규모를 확대했다.

구체적으로 연 2000 톤 규모의 부생수소 출하센터 구축을 완료하고, 전국 단위 공급망 구축을 위해 추출수소 생산기지의 신규 건설을 추진했다. 지난 4월 현대제철 당진 부생수소 출하센터 구축을 완료했고, 창원·삼척·평택에는 추출수소 생산기지를 건설 중이다. 또한 수전해 설비규모 스케일업(scale up) 기술개발을 거쳐 3개 지역(제주, 동해, 새만금)을 대상으로 상용화를 위한 수전해 실증 프로젝트를 착수했다.

유통과 관련해선 다양한 형태의 수소저장(기체·액상·액화) 방식에 대한 기술 검증을 실시하고 민간 사업자 참여 활성화를 위한 제도 정비에 나섰다. 규제특구를 활용한 대용량·초고압 튜브트레일러(기체), LOHC 수소저장(액상) 실증 및 액화수소 저장탱크 국산화 기술개발에 착수했다.

수소공동구매(2021년 9월), 수송용 튜브트레일러 저가 임대(2021년 10월), 연료비 보조(2021년 4월) 등 수소충전사업자 지원체계도 마련했다. 활용 측면에선 2019년 1월 수소경제 활성화 로드맵을 발표한 이후 현재까지 수소차, 수소충전소, 연료전지 보급은 세계 최고 수준의 성장세를 기록했다.

2018년 대비 2021년 수소차 보급 규모는 17배, 충전기 설치대수는 5배, 연료전지 발전설비는 2배 증가하며 수소 활용시장 성장을 견인했다. 2020년 세계 최초로 수소차 1만대를 보급했고, 글로벌 수소차 시장 점유율 70.3% 달성 성과도 거뒀다.

R&D 투자를 통해 수소차(FCS 효율 60%, 내구성 16만㎞), 연료전지(PAFC, 발전효율 49%, 종합효율 85%)에 있어 세계 최고 기술도 확보했다.

주요 추진 과제

공급에 있어 주요 추진과제는 그레이 수소(부생·추출)를 청정 수소(그린·블루)로 모두 전환하는 것이다. 세부적으로 국내 재생에너지 확대 등에 따라 발생하는 초과공급량을 활용한 국내 그린수소 생산 및 CCUS기술을 활용한 블루수소를 생산하는 것이다.

2015년 기준 국내 CCS 저장용량은 총 10억 톤(유망 저장소 6억 톤+한계형 저장소(심부·심해 기술개발) 2억톤+저장효율향상 기술개발 2억톤(8억톤×25%))으로 평가됐다. 동해 폐가스전을 활용한 실증을 통해 CCUS 조기 상용화를 추진하는 것도 과제다.

우리 자본·기술로 해외 청정수소를 생산·도입해 에너지 자급률 제고(도입량 중 50% 목표)를 통해 에너지 영토 확장을 추진한다. 2020년 기준 에너지 해외수입 의존도는 92.9%에 달했고, 해외자원 개발율(석유·가스)은 13.3%에 달했다.

민관합동 추진단을 구성해 국제 청정수소 프로젝트에도 주도적으로 참여한다. 해외 청정수소 도입 타당성을 조사 중이며, 최종 결과를 바탕으로 공동실증을 위한 기업별 프로젝트를 추진할 계획이다.

유통 측면에선 수요처 중심 우선 구축에서 전국 단위로 확대하는 게 과제다. 이를 위해 항만 인근에 위치한 대형 산업단지(2020년 12월 기준 국가산업단지 47개 중 21개가 항만을 포함하거나 항만과 인접) 및 도시 등을 중심으로 수소 공급 인프라를 확충하고, 이를 기반으로 권역별 공급 확대를 추진한다.

4개 지역(울산·부산·평택·군산)을 중심으로 수소항만 민관 협력사업도 추진한다. 세부적으로 국가전략물자인 수소의 안정적인 수급 대응을 위해 수소를 비축하는 것이다. 액화기술 확보, 국내수요 등을 고려해 일정 시점에 비축의무도 부과할 계획이다.

활용에 있어선 승용차·연료전지를 수송용·발전용·산업용 전 분야로 확대한다. 승용차는 상용차·건설기계·선박·트램 등으로 모빌리티를 다양화한다. 연료전지는 연료전지→석탄+암모니아 혼소, LNG+수소 혼소→수소전지 발전으로 확대한다.

산업용 공정도 기존 석탄, LNG에서 수소로 연료·원료로 교체한다. ‘청정수소 인증제’ 및 ‘청정수소 발전·사용제’도 도입한다.

탄소중립 달성 위한 수소경제 역할

발제자로 나선 김재경 에너지경제연구원 연구위원은 ‘탄소중립 달성을 위한 수소경제의 역할과 자세’ 등에 대해 발표했다. 지난 11월 영국 글래스고에서 개최된 COP26에는 전 세계 정상들이 참여해 날로 심각해지는 기후위기 대응을 위한 해법을 심도 있게 논의했다.

문재인 대통령도 참석해 2030년까지 2018년 대비 40%를 감축하는 보다 상향된 국가 온실가스 감축목표(NDC)를 국제사회에 발표하고, 2050 탄소중립에 대한 의지도 다시 한 번 확인했다.

우리나라 온실가스 배출량은 2018년 기준으로 7억3000만 톤-CO2이며, 이중 87%인 6억3000만 톤-CO2가 에너지 분야에서 배출됐다. 에너지 분야 탄소중립을 위해서는 탄소를 배출하지 않는 무탄소 전기를 많이 생산하고 에너지시스템을 전기화하는 것이 우선되어야 하며, 나머지 열을 사용하는 분야는 수소와 바이오 연료를 활용해야한다.

수소는 산업구조를 혁명적으로 변화시킨 새로운 무탄소 에너지원이 될 것이며, 이를 위해선 장기적인 기술개발과 정책적 지원이 필요하다. 우리의 현주소는 수소차·연료전지에 국한된 수소생태계 구축의 초기 단계로 평가할 수 있다.

수소경제를 넘어 청정수소경제 선도국가가 되기 위해선 아직 해결해야 할 기술과 경제적 문제가 산적해 있다. 국내에서 공급되는 대부분의 수소는 화석원료 기반의 부생수소에 의존하고 있다. 수소충전소 보급도 사회적 수용성 부족 등으로 당초 계획에 크게 못 미치는 상황이다. 수소의 생산·저장·운송·활용에 있어서 단계별 난제들이 해결되어야 한다. 그래야 수소경제 생태계가 살아나고 수소경제로의 이행이 본격화될 것이다.

또 2050 탄소중립 시나리오에서 가정한 해외도입 수소비율 80∼82%를 낮추기 위한 노력을 병행해야 한다. 결국, 경제적인 국내 재생에너지의 확보와 기술개발이 관건이다. 해외에서 도입되는 수소도 우리 기술과 자본을 투자해서 현지 생산하는 방식이다.

지금은 그간의 성과와 경험을 바탕으로 수소경제 2.0에 대한 논의를 해야 할 시점이다. 수소경제 1.0의 성과뿐만 아니라 부족했던 점들을 면밀히 평가하고 새로운 전략을 수립할 때이다.

재생에너지 연계 수소생산

김재경 연구위원은 재생에너지 확대를 위한 해결과제와 관련해, 먼저 태양광 같은 재생에너지 과잉공급으로 인한 낮 시간 순부하량 급강 현상(Duck Curve 문제)을 꼬집었다. 전력 수급 불균형은 주파수·전압 등 전기품질 악화를 불러오고, 계통관성 저하로 대규모 정전 가능성이 존재한다. 또 재생에너지 지역 편중에 따른 지역적 혼잡 및 제약이 발생할 가능성도 있다.

김재경 연구위원은 2030년경 제주도 포함 국내 전력 순부화 곡선상 Duck Curve 발생 가능성이 높다고도 전했다.

재생에너지 비중 30% 이상 시, 시간대에 따라 전력수요를 100% 재생에너지로 보급하여도 전력이 남는 상황이 발생한다는 것이다. 따라서 재생에너지 과잉공급 발생 시간대를 중심으로 출력제한이 필요하다.

김재경 연구위원은 “수소 저장(HESS)은 재생에너지(전기)로 물(H2O)을 분해해 수소(H2)로 전환해서 저장·활용하는 것”이라며 “향후 봄·가을 재생에너지 공급과잉, 전력계통의 안정적 제공 수단으로 HESS를 활용하는 재생에너지 연계 수소생산이 해결책”이라고 전했다.

대규모 태양광·풍력 출력제한 문제를 해결하고, 미활용 전력을 활용해 그린수소 생산원료로 활용 가능하다는 것이다.

그린수소기술 발전 방향은

발제자로 나선 조원철 한국에너지기술연구원 수소연구단장은 “수소의 생산, 압축, 저장, 수송의 각 단계는 많은 에너지가 소비되므로 비효율적인 에너지 캐리어”라면서 “화석원료 수소를 대체 및 2050년까지 탄소배출제로를 위해선 그린수소 생산과 재생에너지 설비가 필요하다”고 전했다.

조원철 단장은 또 “그린수소는 귀하고, 소중한 자원이므로 탈탄소가 가장 어려운 분야에 우선 사용되어야 한다”고 밝혔다. 수소는 우주에서는 단일 분자로 존재하며 지구에서는 다성분 화합물로 존재한다. 그리고 수소는 물/화석원료의 분해를 통해 생산한다.

그렇다면 왜 그린수소가 필요할까? 조원철 단장은 그 이유와 관련해 첫째, 포집된 이산화탄소가 제한적으로 사용되기 때문이라고 전했다.

IEA에 따르면 2018년 세계 이산화탄소 발생량은 260억 톤이고, 이산화탄소 사용량은 2억 4000만 톤이다. 그나마 2/3는 석유, 가스 생산을 늘리기 위한 충진재로 사용 중이다. 그런데 소비를 획기적으로 늘릴 방안이 부재하다.

두 번째는 저장 공간이 제한되어 있다는 것이다. 석탄, 석유, 가스 생산 후 남아있는 공간에 이산화탄소를 저장한다고 하나 그 공간이 그대로 남아있을지 불투명하다. 또한 액화하여 저장할 수 있으나 지중에서는 지열로 인해 영하 78℃ 이하를 유지하기 곤란하다.

세 번째는 광물화가 될지도 의문이라는 점이다. 이산화탄소를 80기압 이상으로 유지할 경우 액상이 유지될 수 있으나 80기압을 백년 이상 안정적으로 유지하기 어렵다. 다시 대기 중으로 확산할 가능성이 높다.

2030년까지 43조 원 이상 투자 계획

조원철 단장은 또한 “2050 탄소중립 실현을 위한 수소 생산 방식은 공정 시 이산화탄소 발생이 전무한 수전해 기반 그린수소 개발이 필수”라고 전했다. 이와 관련, 한국은 2021년 9월 국내 대기업들이 주축이 된 ‘수소기업협의체’가 공식 출범했다.

협의체는 대기업뿐만 아니라 중소기업의 참여에 적극적으로 동참했다. 아울러 3대 핵심사업(수소연료전지, 생산·유통, 충전 인프라)과 관련된 미래 기술을 공유키로 했다.

또 2030년까지 총 43조 원 이상을 투자할 계획이다. 구체적으로 수소연료전지 분야는 현대자동차, 두산이 주력하고 있고, 연료전지 부품은 코오롱이 주력하고 있다. 수소 생산·유통과 수소충전소는 포스코, SK, 롯데, 한화, GS, 현대중공업, 효성이 주력하고 있다.

토론자로 나선 구영모 한국자동차연구원 수소모빌리티연구본부장은 “수소모빌리티 입장에서는 수소가격(원/㎏)이 시장을 좌우하고 있다”며 “현재 수소가격은 1㎏당 8000∼8500원으로, 내연기관 디젤의 원료비는 1㎞당 99원이고 수소는 83원”이라고 전했다.

그는 또 “단순히 원료비만 보면 수소전기차 연료비가 저렴한 것으로 보이지만 세금이 붙어 있지 않기 때문에 일어나는 현상”이라고 전했다. 아울러 “최소한 전기차 급속충전비용인 1㎞당 71원 이하의 가격인 1㎏당 5000∼6000원 수준이 되어야 한다”고 제안했다.

현재 그레이 수소라고 불리는 부생수소는 가격이 저렴해 대용량 운송, 충전소 효율 증대 등을 통해 수소가격 1㎏당 5000∼6000원이 가능할 것으로 전망되고 있다.

구영모 본부장은 “탄소중립을 위해 그레이, 블루, 그린 수소로 전환 시 수소가격이 어떻게 형성될 것인가가 매우 중요한 부분이다. 지금부터 그린수소를 사용하면 수소가격이 높아져 수소모빌리티는 소비자의 비용지출 증가로 시장은 형성되기 어렵다”며 “수소가격은 지속적으로 저감하면서 그레이 수소에서 그린수소로 전환하는 전략이 필요하다”고 제안했다.

<국회=조혜영 기자>