[게임체인저, 수소]②수소경제란 무엇인가
재생에너지 간헐성 문제 보완 역할
‘전기화’ 어려운 곳에 수요 증가
IEA, 2050 수소 소비량 ‘5억 톤’ 추정
전세계 에너지 총수요에 약 13% 차지
생산-저장/유통- 활용 인프라 투자 필요
수소 경제가 뭐지?
개념이 좀 헷갈린다.
탄소 중립, 기후 중립으로 가는 길에 가장 중요한 것은 우선 ‘전기화’다. 화석에너지와 결별하고 태양광, 풍력 등 깨끗한 재생에너지를 이용한 ‘전기 에너지’로 전환하는 게 핵심이다. 대표적으로, 휘발유를 먹는 자동차들이 지금은 전기를 먹는 차들로 바뀌고 있다.
수소가 활용되는 곳은 이처럼 전기화가 가능하지 않는 섹터에서다. 전기화를 건너뛰고 모든 에너지를 수소로 전환한다고 착각하기 쉽지만 그렇지 않다. 즉, 수소의 기본 소명은 ‘전기화가 어려운 분야’에 훌륭한 보완재로서의 역할이다. ‘수소 경제’는 기존 ‘탄소 경제(석유, 석탄)’를 차용한 표현이라고 할 수 있다.
주요국들이 사활을 거는 재생에너지는 간헐성이 가장 큰 문제로 지적된다. 태양광의 경우 밤에는 태양이 자취를 감추기 때문에, 겨울에는 태양이 금방 사라지기 때문에 에너지를 생성할 수 없다. 이런 문제를 해결하는 게 수소다. 변동성, 간헐성이 약점인 재생에너지의 보완 장치로 수소가 대안으로 떠오르는 것이다.
일례로, 낮 동안 남아도는 태양광 에너지를 활용한 수전해 방식(물을 분해하는 전해질에 전력 공급)은 물을 수소와 산소로 분해하는 기술로, 여기서 ‘그린’ 수소를 얻을 수 있다. 잉여 생산된 재생에너지를 버리지 않아서 좋고, 수소 형태로 저장했다가 나중에 필요할 때 꺼내쓸 수 있어서 편리하다.(수소를 저장했다가 필요할 때 연료전지와 결합시키면 전기가 나온다).
자동차(수소차) 외에도 수소가 필요한 곳은 발전과 산업(철강, 정유, 석유화학 등) 그리고 화물, 해운, 항공 등 수송 분야다.
예를 들어 보자. 수소차의 경우 수소 저장 장치(수소 탱크)와 연료전지가 있다. 공기 공급 시스템이 바깥 공기를 여러 단계에 걸쳐 정화시켜 깨끗한 산소를 공급하고, 이 산소와 탱크에 저장해둔 수소가 만나면 (연료전기 스택을 통해) 전기가 발생한다. 이 동력으로 자동차가 달리게 된다. 수소와 산소의 화학 반응이 전기를 생산하고, 동시에 수소이온과 산소가 만나 물이 나온다.( ‘움직이는 공기정화기’라는 별명이 생긴 이유다.)
한편, ‘에너지 저장장치’와 ‘연료전지’는 전기 화학 반응을 통해 전기를 생산한다는 공통점이 있지만 에너지 저장장치의 경우 시간이 지나면 방전되고 충전이 필요하다. 반면, 연료전지는 연료(수소 외에도 바이오 가스, 천연가스, 메탄올 등 다양한 연료원 가능)만 있으면 지속적으로 전기를 발전할 수 있어 편리하다.
#.. 청정수소 시장 전망 ··· 2050년 1조4천억 달러
수소는 기술이 만들어내는 에너지자원으로 이제 시작 단계다.
국제에너지기구는 전세계 수소 수요가 2020년 9천만 톤에서 2050년 5억 톤으로 늘어날 것으로 전망한다. 전세계 에너지 총 수요의 10-13%에 해당하는 규모다. 이중 청정수소의 비율은 2020년 10%에서 2050년 90%로 늘어날 것으로 추산된다.(IEA, 2021. Net Zero by 2050 - A Roadmap for the Global Energy Sector, Paris, France.)
딜로이트<수소경제의 본격화 시점, 결코 먼 미래가 아니다> 최용호, 2020.112023년 ‘딜로이트 2023 글로벌 그린수소 전망(Deloitte’s 2023 global green hydrogen outlook)’에 따르면, 그린/블루수소 등 청정수소 시장은 2030년 6420억달러(830조원)에서 2050년 1조4000억달러(1810조원)까지 성장할 것으로 예상된다. 생산 규모는 1억7000만 메트릭t(MtH2eq)에서 6억 메트릭t(MtH2eq)까지 증가할 것으로 전망했다.
BloombergNEF(Hydrogen Economy Outlook, 2020)는 ‘강력한 정책’(Strong Policy)으로 유인해 2050년 글로벌 에너지 총수요의 24%를 수소가 차지할 것을 가정했을 때 총 11조 달러가 관련 인프라(수소 생산, 공급, 운송 등)에 투자돼야 하고, 2050년 수소 ‘매출 기준’ 시장규모는 7천억 달러 수준으로 확대될 것으로 전망했다.
시장의 확대는 곧 자본과 일자리의 흐름/순환과 직결된다. 유럽연합 (EU)은 2030년까지 10억 유로를 투자할 경우 약 1만 개의 직간접적인 일자리가 창출될 것으로 전망한 바 있다.
그레이 수소와는 달리 청정 수소는 생산 비용은 높다. 특히 걸음마 단계인 그린 수소는 (재생에너지 발전 비용을 제외하고도) 수전해 생산 비용, 기술력 등으로 진입 장벽이 높은 상황이다. 일각에서는 기술력과 규모의 경제를 달성하게 되는 2050년 경에는 청정 수소의 생산 단가가 0.8∼1.6 달러 수준까지 하락(현재 1kg당 2.5~4.6 달러)할 것으로 보고 있다. 1kg당 3달러 수준을 경제성 확보 기준으로 보고 있는 만큼 2030년경에는 수소 경제의 본격화를 예상할 수 있다는 전망도 나온다. (BloombergNEF)
#. 수소 경제 준비 그리고 숙제들
수소는 생산/ 저장 및 운송/ 활용 등 총 3개 측면에서 살펴볼 수 있다. 각국의 환경과 목표 그리고 실력, 의지에 따라 그 정책의 무게 중심이 다르다. 스스로 ‘생산’해서 수출을 겨냥하는 국가들(호주, 중동, 북아프리카), 수입에 의존해서 ‘활용’에 방점을 찍는 국가들(한국, 일본) 등으로 나뉜다. 한국 정부의 경우 ‘7대 전략분야’로 ▲수전해 ▲액화수소 운송선 ▲트레일러 ▲충전소 ▲연료전지(모빌리티/발전) ▲수소터빈 등을 리스트에 올렸다.(2022년)
[생산]
‘그레이수소’ : 부생수소와 개질수소 의미. 부생수소는 석유화학·제철 공정에서 부수적으로 발생하는 수소며, 개질수소는 천연가스를 이용한 것이다. 현재 전세계 대부분의 수소가 그레이 수소다.
(약 1t의 생산에 평균 10t 정도 이산화탄소를 내뿜는 그레이수소는 전 세계 약95%를 차지한다.)
‘블루수소’ : 그레이수소의 한계를 보완한 것으로, 그레이수소와 생산 방식은 같으나 생산 과정에서 발생하는 CCUS 기술을 활용해 제거하기 때문에 탄소 농도가 낮아진다. 그래서 붙인 이름이 청정수소다. (여전히 이산화탄소를 배출하는 수소를 ‘청정’하다고 부르는 것에 대한 비판이 높다.)
‘그린 수소’: 태양광, 풍력 등 재생에너지에서 생산된 전기로 물을 분해해 생산. 이산화탄소가 배출되지 않아 최상의 청정에너지로 주목받는다.
(한국의 경우 수전해 생산설비와 재생에너지 부족등으로 그린수소 생산이 거의 불가능한 구조로 가는 중이다).
[저장 및 유통]
액화탱크로리, 파이프라인, 튜브트레일러 등을 통해 수소를 유통시킨다.
저장 및 유통을 위해서는 기본적으로 액화수소 플랜트를 구축하고 항만의 선박, 차량, 항만 장비 등을 수소 기반으로 전환해야 한다. 또한 암모니아(수소를 담은 물질), 액화수소 인수기지와 수소 전용 배관망 구축이 필요하다. 주유소처럼 생활 반경에 수소충전소도 확대돼야 한다.
[활용]
전기 생산을 위한 발전 부문, 운송 부문 그리고 산업 부문에 두루 활용된다. 수소, 암모니아 혼소 발전/ 수소버스·트럭 등 대형 모빌리티/연료전지, 수소터빈 등이 주요 수요처다.
미국, 유럽, 호주 등 많은 국가들은 자국 내에서 수소를 생산하거나 외국에 수소 생산 기반을 마련해 액화수소, 암모니아 형태로 수입하며 수소 확보에 나서고 있다.
... (다음회로 이어짐)
