#<수소생산방식?그린,그레이,브라운,블루 수소...각국 정부 수소계획> <韓 그린수소 생산 기술?> <수소를 도시가스처럼 지하 파이프로?> <철도硏 수소열차 도입....관련 법제 필요>
전 세계 각국의 에너지 정책이 친환경 중심으로 재편됨에 따라 ‘수소경제’가 주목받고 있다. ‘수소경제’가 온실가스와 미세먼지 저감, 재생에너지 이용 확대 등 친환경 에너지 목표 달성은 물론 새로운 산업 창출이 가능할 것으로 전망되기 때문이다. 글로벌 컨설팅 업체 매킨지(McKinsey)는 ‘수소경제’ 세계 시장이 2050년 2조 5,000억 달러의 부가가치와 3,000만 개의 누적 일자리를 창출할 것으로 전망했다. 이에 따라 ‘수소경제’ 이니셔티브를 쥐기 위한 세계 각국의 경쟁도 심화하고 있다.올해로 3회째를 맞는 국회 수소경제포럼 주최 머니투데이 주관 '2021 그린뉴딜 엑스포'는 6~8일까지 고양 킨텍스에서 진행되며 수소산업과 전기차산업, 신재생에너지, 저탄소 친환경 등 그린뉴딜을 망라하는 대표 기업들이 대거 참가했다.
수소생산방식?그린 수소,그레이 수소,브라운 수소,블루 수소...각국 정부 수소계획,韓 그린수소 생산 기술, 獨 넘어서는 세계적 수준 될 것,수소를 도시가스처럼 지하 파이프로?.."대용량 공급 방안 고민해야",철도硏 "수소열차 도입시 1.6조원 경제적 효과..관련 법제 필요"등을 포스팅 한다.
1.수소생산방식?그린 수소,그레이 수소,브라운 수소,블루 수소...각국 정부 수소계획
❶대표적인 친환경 에너지로 알려진 수소는 사실 생산 방식에 따라 ‘친환경적이지 않을 수’도 있다.
▲수소는 생산 방식에 따라 ▲그린 수소 ▲그레이 수소 ▲브라운 수소 ▲블루 수소 등 네 가지로 분류한다.
❷태양광과 풍력 등 재생에너지를 활용해 수소를 생산하기 떄문에 ‘그린 수소’는 우리에게 친숙한 친환경 에너지다.
▲‘그린 수소’는 재생에너지로 생산한 전기를 활용해 만든다.
▲이때 사용하는 기술이 ‘수전해((2H2O →2H2 + O2)’다.
❸‘그레이 수소’와 ‘브라운 수소’는 석탄이나 갈탄, 천연가스를 고온·고압에서 수소가 주성분인 합성 가스를 만들거나 물에서 수소를 추출해 생산한다.
❹ 철강인 석유화학 공정에서 나오는 부수적인 부생수소도 ‘그레이 수소’다. 이들 수소는 생산 과정에서 많은 이산화탄소가 발생한다.
❺‘블루 수소’는 ‘그레이 수소’처럼 화석연료를 통해 생산하지만, 이산화탄소 포집설비로 훨씬 적은 양의 탄소를 배출하는 방식으로 생산한 수소다. ‘그린 수소’에 비해 친환경성은 떨어지는 반면 경제성은 뛰어나다.
❻친환경 에너지 중심의 ‘수소경제’ 달성을 위해선 ‘그린 수소’를 생산하는 게 당연하지만, 문제는 비용이다.
▲‘수전해 기술’을 사용한 ‘그린 수소’ 생산은 현재 단가가 매우 높다.
▲또 전력 소모량도 커 상용화가 어려운 상황이다.
❼‘수전해 기술’을 활용한 ‘그린 수소’의 생단 단가가 아직 상용화하기에는 높기 때문에 미국과 중국, EU, 일본 등 해외 국가들도 수소의 생산과 공급 방식에 대해 여러 고민을 하고 있다.
❽미국은 연방정부와 캘리포니아주를 중심으로 ‘민·관 파트너십’을 체결해 수소 생산을 추진하고 있다.
▲미국의 수소 생산은 친환경 생산 방식인 풍력 발전에 방점을 찍었다.
▲풍력 발전으로 생산한 전기로 수소를 생산한 뒤 천연가스 인프라로 공급한다는 계획이다.
❾지난해 7월 EU 집행위원회는 2050년까지 탄소 배출 제로 목표를 달성하기 위한 수소 전략을 발표했다.
▲태양광과 풍력 등 재생에너지로 생산한 전기를 활용한 ‘수전해 기술’로 ‘그린 수소’를 생산한다는 내용이다.
▲EU는 이를 위해 ‘그린 수소’의 생산 설비와 충전 설비에 대대적인 투자 계획을 밝혔다. 투자 규모는 최대 4,700억 유로에 달할 것으로 전망된다.
❿중국의 수소 생산 정책은 복합적으로 재생에너지를 활용한 ‘그린 수소’와 메탄 개질을 활용한 ‘그레이 수소’를 양축으로 하는 수소 생산 정책을 추진하고 있다.
▲중국 정부는 ‘중국제조 2025’ 계획에서 풍력을 활용한 ‘그린 수소’ 생산과 메탄 개질을 활용한 ‘그레이 수소’ 제조 기술을 중점 개발하겠다고 밝혔다.
▲이는 온실가스 배출이 필연적인 ‘그레이 수소’지만 생산 비용이 저렴하기 때문으로 분석된다. 현재 중국의 주요 수소 생산 방식은 개질을 활용한 ‘그레이 수소’다.
⓫일본은 지난 2011년 후쿠시마 원전 사고 이후 에너지 정책의 방점을 ‘수소경제’에 놓고 집중 육성하고 있다.
▲지난 2017년 ‘수소기본전략’을 채택한 일본의 수소 생산 계획은 ‘수입’이다.
▲호주의 갈탄 등 해외 미이용 에너지를 활용해 ‘국제 수소 공급망’을 구축한다는 복안으로 일본은 오는 2030년 연간 30만 톤의 수소를 해외에서 조달하겠다는 계획을 세웠다.
▲또 폐플라스틱과 부생수소 등 자국 내 미이용 자원을 활용해 수소 공급의 일부분을 충당할 전망이다.
⓬한국 정부의 수소 공급 전략은 ‘그레이 수소’로 수소경제 규모를 키우고, ‘그린 수소’로 나아간다는 내용을 담고 있다.
▲부생수소와 추출수소 등 ‘그레이 수소’를 초기 수소경제의 핵심 공급원으로 삼겠다는 것이다.
▶석유화학공업이 발달한 한국은 수소 생산의 90% 정도를 부생수소가 차지하고 있다.
▲정부는 약 5만 톤의 부생수소를 초기 수소경제 준비 물량으로 활용할 계획이며 천연가스 공급망에 대규모 수소생산기지를 구축해 추출수소의 안정적인 공급을 추진한다고 밝혔다.
⓭이러한 초기 ‘그레이 수소’ 수소경제를 기반으로 ‘그린 수소’ 산유국의 발판을 마련하겠다는 복안이다.
▲정부는 2022년까지 태양광과 풍력 등 재생에너지를 활용한 MW급 수전해 기술을 확보하겠다고 설명했다.
▲정부의 향후 국내 수소 공급 목표치와 수소 가격은 ▲2022년(연 47만 톤/kg당 6,000원) ▲2040년(연 526만 톤/kg당 3,000원) 등이다.
⓮한편 지자체와 산·학·연이 함께 원자력을 활용한 ‘그린 수소’ 생산 기술 개발에 나서기도해 현대엔지니어링과 포스코, 한국원자력연구원, 포항공대, 포항산업과학연구원, 경상북도, 울진군 등 7개 기관은 지난 6월 원자력을 활용한 ‘그린 수소’ 생산 기술 개발에 나선다고 발표했다.
▲원자력으로 만든 전기와 열을 활용해 ‘그린 수소’를 대량으로 생산한다는 목표다.
▶이들 7개 기관은 ▲고온가스로 활용 수소 생산 ▲고온수전해 기술 개발 ▲수소 사업화 협력 ▲원자력 활용 그린 수소 생산 실증 연구 등에 협력할 계획이다.
2.韓 그린수소 생산 기술, 獨 넘어서는 세계적 수준 될 것
❶한국의 탄소 배출없이 생산된 수소를 의미하는 그린수소 관련 기술이 유럽 국가들에 비해 기초적 단계지만, 시간적 격차만 있을뿐 조만간 세계적인 수준으로 올라설 것이라는 분석이 나왔다.
❷조원철 한국에너지기술연구원(KIER) 수소연구단장은 7일 오전 10시 경기도 고양 킨텍스 1전시관에서 열린 '2021 그린뉴딜엑스포' 콘퍼런스에서 "연구개발, 투자가 가장 앞섰던 유럽에 비해 한국의 그린수소 생산 기술은 다소 미흡한 면이 있다"면서도 "시간적 격차만 있을뿐 조만간 이들을 앞설 수 있을 것"이라고 말했다.
❸한국은 2019년 이후 본격적으로 정부 주도 투자가 이뤄져 미국, 유럽에 비해 시작이 다소 늦었고 EU를 비롯해 독일 등 각 국가들은 당장 다음해부터 대규모 그린수소 사업이 진행될 예정이다.
❹이들 사업의 목표는 알칼라인 수전해 방식을 이용해 수소 생산 단가를 최대한 낮추는 것이고 내년부터 시작되는 독일, 프랑스, 스페인이 참여하는 범유럽 수소 프로젝트인 '하이딜(Hydeal)'은 그린수소 1kg 당 1.5유로(약 2060원)로 단가를 낮추는 게 골자다.
❺미국 역시 2026년까지 95억달러(약 11조3000억원)을 투자해 그린수소 생산 단가를 1kg 당 2달러(약 2378원)로 줄이기로 했고 이미 2022년부터 그린수소의 생산·처리·운송·저장·사용에 대한 연구개발에 5억 달러(약 5900억원)를 지출한 상황이다.
❻국내서는 한국에너지기술연구원이 중심이 돼 세계적 수준의 그린수소 '생산' 기술을 개발했는데 조 단장이 이끄는 연구진은 독일의 티센크루프, 노르웨이의 넬(NEL)의 기술보다 더 효율적인 알칼라인 수전해 기술을 개발했다.
❼티센크루프·넬의 수전해 기술은 운전 범위가 10%~100%, 생산 효율은 82%에 머무는 것에 비해 KIER의 기술은 운전 범위는 5%~110%, 효율은 82% 이상에 달한다.
❽조 단장이 강조하는 KIER 기술의 가장 큰 장점은 기술 이전 즉시 기업들이 '상용화'가 가능하다는 점이다.
❾조 단장은 "KIER이 개발한 분리막 등 그린수소 생산 관련 소재는 수요에 따라 용량을 자유롭게 키울 수 있다"며 "세계 최고 수준의 전극 소재 및 대면적화 기술도 확보했다. 학술적 성과에 그친 것만이 아니라 기업이 바로 상용화할 수 있는 기술"이라고 설명하며 "KIER의 그린수소 생산 설비는 1000시간 이상 운전에서도 82% 이상의 고효율을 보여주고 있다"며 "이는 해외에 비해서도 높은 성능이고 유럽을 넘어서 해외기술을 선도하는 데 전혀 어렵지 않을 것이라고 본다"고 덧붙였다.
3.수소를 도시가스처럼 지하 파이프로?.."대용량 공급 방안 고민해야"
❶현재 공급 체계로는 향후 급증할 수요를 감당할 수 없다는 지적으로 수소 생산시설에서 수요지에 소규모로 운송하던 공급 체계를 거점지역(메가 스테이션)을 활용한 대규모 공급 방식으로 전환해야 한다는 제언이 나왔다.
❷황인주 한국건설기술연구원 환경연구본부 수소인프라클러스터장은 7일 오전 10시 경기도 고양 킨텍스 1전시관에서 열린 '2021 그린뉴딜엑스포' 콘퍼런스에서 "그간 국내에서 수소 공급 인프라에 대한 관심은 부족했던 게 사실"이라며 "수소 생산·공급·활용을 하나로 묶는 '에너지 통합 체계'를 고민해야 한다"고 말했다.
❸수소경제를 선도하고 있는 유럽은 이미 통합 인프라에 대한 연구·실증 사업이 차례로 진행되고 있다.
▲북유럽 수소 회랑(Nordic Hydrogen Corridor, NHC) 프로젝트는 2017년부터 2022년까지 2000만유로(약 360억원)의 예산을 투입해 수소시설 네트워크 구성 실증 사업을 시행 중이다.
▲현대차, 토요타 등이 후원 기업으로 나섰고 초기 약 40여개 도시가 지원했다.
❹이외에도 세계 각국은 국가주도시범 '수소타운'을 구축 중이거나 초기 단계에 접어들었고, 국가가 수소생산지를 선정해 소규모 수소기반 주거단지, 산업단지 등을 조성 중이며 국가사업 종료 후에는 지자체 사업으로 연계하기도 한다.
❺국가가 나서서 한 지역, 사회 단위의 실험에 나선 것으로 한 예로 미국, 독일 등지에서는 인구 밀도가 높은 지역에 수소 충전·저장 시설을 '지하화'하는 방안도 개발·적용 중인데, 위험도를 정량적으로 측정해 안전 규정과 관련 규제를 신설하는 데 국가기관의 지원이 있기도 했다.
❻이에 비해 현재 국내에서는 고압 기체 수소 가스를 생산하면 각 수요처로 트럭을 이용해 공급하는 방식을 시범 운영하고 있으나, 향후 대규모로 운용하기엔 효율성과 안전성을 담보할 수 없다는 것으로 아직 한국의 수소 공급 인프라는 산업 연계성, 도시 연계성 측면에서 매우 저조하다는 지적이다.
❼이미 유럽에서는 기체 수소와 더불어 액화 수소까지 병행해서 운송하는 방안도 추진 중이다며 여기서 더 나아가 '수소 공급 파이프라인'을 도시 전체에 매설하는 방식으로 변화하고 있다.
❽황 클러스터장은 "마치 한국에서 도시가스를 공급하기 위해 전역에 파이프가 설치돼있는 것처럼, 파이프라인 공급방식은 규모의 경제를 도모하는 데 아주 유용하다"며 "국내에도 상당부분 건설돼있지만 체계적인 산업 연계성, 도시 연계성, 아직 미미하다. 유럽 국가들은 단계적으로 서로 통합하는 건설계획이 차근차근 진행 중"이라고 강조했다.
❾그는 수소 생산지에서 수요지로 옮기는 단순한 공급 방식에서 벗어나 생산·저장·공급을 동시에 할 수 있는 중간 거점기지(메가 스테이션)을 통해 대규모로 수소를 공급하는 방안을 제언했다.
❿황 클러스터장은 "국내 수도권처럼 인구밀도가 높은 지역 내부로도 수소가 공급되려면 거주지역 바깥의 경계지에서부터 운송이 시작되어야 한다"며 "생산과 활용을 한 지역내에서 모두 소화하는 '수도권 클러스터' 같은 인프라 구축이 필요하다"고 했다.
4.철도硏 "수소열차 도입시 1.6조원 경제적 효과..관련 법제 필요"
❶정부가 2030년쯤 국내 도입을 목표로 하고 있는 수소철도가 수소 산업 생태계를 고르게 발전시킬 뿐 아니라 노후화된 수입 경유(디젤) 철도 차량을 대체하며 수소 경제 활성화와 조 단위 경제적 파급 효과를 가져올 것이라는 전망이 나왔다.
❷류준형 한국철도기술연구원(철도연) 추진시스템연구실장은 7일 경기 고양 킨텍스(KINTEX)에서 열린 '2021 그린뉴딜엑스포'에서 "수소철도는 수소의 생산·저장·이송 등 전 주기에 걸친 수소 산업 생태계를 조성해 선순환고리를 확립할 수있다"며 "수소 경제 활성화를 위한 가장 좋은 선택이 될 것"이라고 말했다.
❸수소열차를 움직이는 수소연료전지는 수소와 산소를 반응시켜 가동되기 때문에 물만 배출되기 때문에 수소열차는 파리기후협약 이후 친환경 운송 수단으로 부상하고 있다.
▲매연을 뿜지 않으니 공기가 정화돼 미세먼지가 저감되고 전차선이 필요 없어 도시 녹지화도 가능하다.
▲터널 단면적도 축소해 건설할 수 있어 비용 절감도 되며 수소 충전 인프라를 수소차, 수소버스 등과 공용으로 사용할 수도 있다.
▲주기적으로 같은 노선을 운행하면서 수소열차에서 생산한 전력을 역사나 인근 건물에 공급할 수도 있다.
❹국내에서도 2019년 경유철도차량 대기오염물질 배출 허용 기준을 신설한 대기환경보전법 시행규칙 개정안이 시행되는 등 관심이 높다.
❺정부도 2019년 1월 발표한 수소경제 활성화 로드맵에서 수소열차 도입 로드맵을 제시했다. 정부는 2022년까지 수소연료전지와 2차 전지 등 수소열차에 탑재될 하이브리드 동력 시스템을 개발하고 2025년까지 실증과 성능 개선을 이루겠다는 목표고 이에 따라 국내 디젤기관차 254량 중 229량의 수명이 다하는 2030년쯤에는 기존 디젤기관차를 수소열차로 대체될 전망이며 류 실장은 "이 경우 1조5821억원 규모의 수입 대체 효과가 예상된다"고 밝혔다.
❻장점이 많지만 수소열차 국내 상용화는 아직까지 걸음마 단계로 전세계적으로도 상용화 사례는 프랑스 알스톰(Alstom)사가 개발한 수소연료전지 기반 여객열차를 2018년 9월 운행하기 시작한 독일 정도가 거론된다.
❼이에 비해 국내에서는 아직까지 국내 철도 차량에 수소연료 전지를 적용한 상용화 사례가 없으며 현대로템이 올해 연료전지와 배터리를 추진 동력으로 사용해 1회 충전으로 200km를 달릴 수 있는 수소 전기트램 테스트 플랫폼을 개발했지만 상용화 단계는 아니다.
▲부산 오륙도선의 배터리 기반 무가선 저상 트램도 시범 사업 단계다.
❽류 실장은 앞으로 수소열차가 국내에서 상용화되면 전력 인프라가 열악한 구간에서도 원활히 운영할 수 있어 국방용 철도, 남북철도나 대륙철도 등으로도 활용할 수 있을 것이라고 전망했다.
❾다만 수소열차 상용화가 본격화되려면 철도를 위한 수소 규제 법제가 이뤄져야 한다고 제언하며 류 실장은 "국내 수소 규제 법령 대부분이 수소차를 중심으로 구성돼 있다"며 "철도 분야에 관한 수소 충전 인프라·기술·안전 기준이 마련돼야 하며 수소 철도 안전성 평가·인증에 대한 연구 필요하다"고 말했다.
❿생각컨대,수소경제란 기후변화와 화석연료 고갈에 따라 사용 과정에서 공해를 배출하지 않는 수소가 미래 대체에너지원으로 자리 잡는 경제를 의미하며 수소경제를 위해서는 수소를 생산하는 것을 포함해 생산된 수소를 파이프라인이나 탱크 등을 통해 저장 및 운송하는 산업, 수소연료전지, 수소차, 수소선박, 수소드론 등의 에너지원으로 사용하거나 발전 등에 사용하는 산업 등이 종합적으로 발전해야 하므로 다양한 논의와 기술개발에 국가,지역사회,민간기업등이 힘을 합하여 총력을 기울어야겠다.