[양현상 칼럼] 수소에너지로 미래를 그리다

한경닷컴 더 라이프이스트

수소경제는 미국 GM 강연에서 존 보크리스(John O’M Bockris, 텍사스의 A&M 교수)가 ‘수소가 석유를 대체하여 에너지 수요를 충족시키는 에너지시스템 및 경제’라는 의미로 처음 언급했다. 2020년 ‘수소법’(수소경 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률)을 우리나라는 세계 최초로 제정하면서 “수소경제란 수소의 생산 및 활용이 국가, 사회 및 국민생활 전반에 근본적 변화를 선도하여 새로운 경제성장을 견인하고 수소를 주요한 에너지원으로 사용하는 경제산업구조를 말한다.”고 명문화 했다. 기후 위기가 글로벌 주요 이슈로 국제 사회에서 기후 위기를 해결하기 위해 온실가스를 감소하기 위한 다양한 방법을 제시하고 있다. 유럽연합(EU)은 유럽을 탄소 중립 지역으로 만드는 그린 딜(Green Deal)을 발표했다. 바이든 대통령이 탄소 중립 목표 달성을 위한 친환경 인프라 투자를 공약으로 발표하면서 글로벌 트렌드로 탄소 중립이 확대됐다.

탄소중립(Net-Zero)을 전 세계가 선언하고, 수소경제로의 전환은 중요한 정책적 수단이 되었다. 수소는 경제성의 이유로 현재 대부분 석유화학, 정유, 제철 등의 공정에서 생산된 부산물은 천연가스로 생산되고 있어, 완전히 탄소경제에서 벗어났다고 볼 수 없다. 수소를 전기분해를 통해 얻는다고 하더라도, 화력발전을 통해서 사용한다면, 탄소경제에서 수소경제로의 전환되었다고 보기 어렵다. 수소경제로의 전환은 최근 궁극적으로 재생에너지를 활용해 수소를 생산하는 것이다. 산유국에 화석 연료의 공급 체인에서 혁신기술을 통해 수요 전체 영역에서 에너지 공급을 수소를 주요 에너지 유통수단으로 사용하는 것이다.

수소를 에너지원으로 구축한다.
유럽·미국·일본 등 선진국들은 세계 수소 경제를 선도하는 국가다. 다양한 정책을 위해 수소 경제를 활성화하고 있다. 탄소 감축 법제화를 추진하면서 EU는 수소 경제를 위한 로드맵을 내놓고 있다. 에너지원으로 탄소 중립을 달성하기 위해 수소 생태계 구축을 위한 로드맵인 유럽 수소 전략을 발표했다. 에너지 공급의 2% 수준인 수소 사용 비율을 2050년까지 24%로 늘리겠다는 계획이다.

왜 수소에너지에 주목하는가?
일반적인 수소 생산 방식은 부생적으로 그레이 수소로, 철강·석유화학 공정에서 발생한 천연가스를 수소로 얻는 방식으로 경제적이지만 이산화탄소가 발생하는 생산 과정에 문제가 있다.
수소 산업은 부품업체가 많고, 수소 생산-저장 및 운송-활용 등의 밸류 체인에 다양한 산업과 관계가 되어 있어 전방산업뿐만 아니라 후방산업까지 파급효과가 크다.

차량에는 부품 수가 많은 수소차와 연료전지 등은 협력업체가 대부분 중소·중견기업이기 때문에 활용이 확대되고 협력기업들의 고용창출과 성장으로 이어지고 있다. 수소의 생산, 저장, 운송, 활용 등에 필요한 인프라 구축은 금속·기계·화학 설비 등 관련 산업의 투자와 고용 및 시장 확대를 할 수 있다, 새로운 시장은 밸류체인 전체에 산업의 확대도 가능할 것으로 본다. 신재생에너지로 그린 수소는 전기로 물을 전기 분해해 생산하는 방식으로 친환경적이라고 할 수 있지만 경제성이 낮고 상용화까지는 시간이 필요할 것으로 본다. 수소 경제는 밸류 체인이 구체화되고 기술도 차별화되기 때문에 어느 기업이 사업 전체를 독점할수 없고 밸류 체인별로 특성과 강점을 가진 기업이 다양하게 형성하고 있다.

수소에너지 시스템을 실용화을 통한 비즈니스 기회
수소에너지울 실용화하기 위해서는 안전한 시스템의 저장과 수송 기술 개발이 중요하고, 액체 수소 저장 방법, 기체 수소 저장 방법 등 상용화가 이루어진 기술뿐만 아니라 새로운 저장 기술도 적극적으로 연구하고 있다. 수소에너지 이용 기술 분야는 연료전지가 대표적이다. 전기와 동력, 열을 얻을 수 있어서 매우 많은 분야의 전원용, 이동용, 우주개발, 자동차 등 항공우주선과 비행기 및 잠수함 등에 이용할 수 있다.

수소연료전지는화학적 반응을 통해 수소와 산소의 전기를 생산하는 발전 시스템이다. 화석연료와 다르게 물뿐만 아니라 다른 부산물이 없어 친환경과 탄소 중립의 정책에 적합한 신재생에너지가 될 수 있다. 리튬 배터리에 보다 무게가 가볍고 UAM에 사용될 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 에너지 밀도은 수소연료전지는 배터리 대비 UAM의 운항 시간 및 거리를 확대할 수 있다. 항공용으로 활용하기 위해서는 차량용 연료전지 시스템보다 가벼워야 한다. 비행할 때에는 안정하게 고출력을 유지해야 하는 등 개발 기술역량이 매우 높다. 수소 활용 분야의 비즈니스 기회 선별 관점에 주요 수소활용분야와 비즈니스 및 정책 측면에서 비즈니스 기회가 있다.

세계는 그린 수소의 경제성 확보를 위해 총력을 다하고 있다.
유럽연합은 ‘기후 중립 목표를 위한 수소 전략’에서 최소 40GW의 수전해 설비를 2030년까지 설치하고 최대 천만 톤의 그린 수소 생산 계획을 발표했다. 원자력 발전소 1개소의 1GW 용량을 고려하면 규모가 매우 다양하다. 중국이 아시아에서는 에너지 패권을 장악하고 있다. 중국은 육·해상풍력 모두에서 신규 설치량 1위를 차지하며, 52GW에 이르는 풍력발전 설비를 설치해 전 세계 신규 설치량의 55.9%를 차지했다. 국제에너지기구(IEA)의 `해상 풍력발전 보고서(2019)'에서는 2025년 중국이 세계 최대 규모의 해상풍력발전 용량을 갖추고, 20년간 약 25배 성장할 것으로 예상하고 있다.

우리나라를 에너지 수출국으로 만들 수 있다.
2050년 탄소 중립 시나리오에서는 2050년 국내 그린 수소 필요량 약 2,800만 톤 중 80% 이상을 수입하는 것으로 계획했다. 30년 후 미래에도 우리나라는 에너지 수입국이라는 의미다. 하지만 이제는 자원의 매장량이 아닌 기술만 가지고도 에너지 수출국이 될 수 있다. 국내의 기업들은 저가화와 고효율, 고내구성 등의 확보에 기술력을 향상해야 한다. 정부차원의 지원도 필수적이다. 이를 통해 경제성 있는 그린 수소를 생산할 수 있는 다양한 기술을 확보해야 한다. 낮은 비용의 그린 수소는 탄소 중립에 기여 할 수 있다. 수소는 새로운 에너지원으로 활용할 수 있는 영역이 확대되고 있으며, 미래 에너지원시스템에서 매우 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 주요 국가들이 세계 수소경제 발전에 선도적인 위치를 차지하고자 경쟁하고 있는 상황에서 우리나라가 수소에너지 국제협력을 효율적으로 수행할 수 있는 시스템 체제를 구축하고, 우리나라가 세계 수소경제발전의 한 축을 담당할 수 있기를 기대한다.

<한경닷컴 The Lifeist> 양현상 공학 박사

"외부 필진의 기고 내용은 본지의 편집 방향과 다를 수 있습니다."
독자 문의 : thepen@hankyung.com