온실가스 배출량을 없애기 위해 교토의정서를 대체하는 새로운 글로벌 기후체제로 2021년부터 파리기후협정이 발효될 예정인 가운데 각국 정부는 미래의 새로운 에너지원으로 수소를 선정하면서 기술개발과 관련 시장 선점을 위한 총성 없는 전쟁에 돌입했다.

특히 아시아에서는 우리나라를 비롯해 일본과 중국이 수소와 관련 공격적인 목표와 추진 전략을 발표하고 있다.

이에 본지는 최근 포스코경영연구원에서 발표된 ‘한·중·일 수소경제 현황과 이슈’를 통해 한·중·일 3국이 펼치는 수소경제 현황과 추진 방향을 살펴봤다.

<편집자 주>

■ 일본, 수소사회 실현 통한 에너지전환 모색

먼저 일본은 수소사회 실현을 통해 에너지전환을 모색 중인 대표적 국가로 알려져 있다. 무엇보다 일본은 높은 발전비용 단가와 인프라 부족 등 여러 과제가 상존하는 수소에너지에 오랜 기간 막대한 투자를 진행하고 있는 상황이다.

일본이 수소 보급에 적극적인 이유는 2011년 동일본대지진 이후 크게 악화된 에너지안보 강화라는 전략적 필요성 측면에서 수소가 매력적이기 때문이다. 동일본대지진 이후 원전 가동이 중단되고 대체 에너지원으로 LNG 수입이 급증하면서 2010년 6조6,000억엔 흑자를 기록했던 무역수지가 2014년에는 12조8,000억엔 적자로 악화됐다. 화석연료 의존도는 2010년 81%에서 2016년 88%로 상승했다. 특히 일본은 파리협정하에서 2030년까지 자발적으로 온실가스를 2013년 대비 26% 축소한다는 도전적인 감축 목표를 설정했다.

이러한 상황에서 수소가 지정학 및 가격 측면의 리스크 헤지를 통한 에너지안보 강화에 적합하고 이산화탄소(CO2)를 배출하지 않는 에너지원으로 부각되며 최적의 대안으로 등장한 것이다.

또 전체 제조업의 약 20%를 차지하는 완성차 업계에 대한 산업정책적 고려도 영향을 미쳤다. 연료전지차(FCV)는 전방(수송 및 에너지분야)과 후방(부품업체) 산업에 미치는 파급효과가 매우 크기 때문에 FCV는 연료전지까지 고려하면 전기자동차(EV)는 물론 내연기관차 이상으로 부품 수가 많아 고도의 기술력 없이는 개발과 생산이 매우 어렵다. 이에 완성차업계와 부품업계의 유기적 협력과 높은 기술력을 강점으로 하는 일본은 조립형 산업의 특징이 강한 EV보다는 FCV 시장에서 보다 경쟁력을 발휘할 가능성을 높게 본 것이다.

‘수소에너지 전략 로드맵’ 개정 통한 실현 목표 구체화

수소가 일본 정부의 에너지정책에 처음 등장한 것은 2014년 발표한 ‘제4차 에너지기본계획’에서다. 이어 2014년 구체적 시행 대책을 담은 ‘수소·연료전지전략 로드맵’이 처음 마련됐다. 2016년에는 로드맵을 개정해 가정용 연료전지(Enefarm) 보급 확대, FCV 및 수소충전소 자립화를 위한 방안과 정량 목표를 추가했다. 이후 올해 3월에는 세 번째로 로드맵을 개정하고 ‘수소기본전략’ 및 ‘제5차 에너지기본계획’에 제시된 목표 및 내용을 반영했다.

이 로드맵에 따르면 먼저 국제 협력을 토대로 수소 서플라이체인을 구축해 2022년 수소제조 비용을 12엔/Nm3까지 감축하고 탄소포집 및 저장(CCS) 기술 실용화를 통해 이산화탄소 분리회수 비용을 2,000엔대/t-CO2로 낮출 계획이다. 수전해를 통한 수소 공급과 관련해서는 수전해장치 비용을 2020년까지 8만엔/Nm3 이하로 낮추고 2030년까지는 5만엔/Nm3 수준을 실현한다는 목표다. 수전해효율은 2020년까지 4.5㎾h/Nm3, 2030년 4.3㎾h/Nm3까지 높이기로 목표를 잡았다. 또한 FCV는 2025년까지 20만대 보급을 목표로 HV와의 가격차를 현재의 300만엔에서 70만엔 정도까지 낮출 계획이다. 아울러 수소충전소는 2020년 160곳, 2025년 320곳으로 확충하고 2020년대 후반까지 충전소 사업의 자립화를 실현하고 발전 부문에서는 2020년께에 화력발전설비에 대한 수소 혼소 조건을 명확히 하며 발전효율 27%를 실현한다는 계획이다.

2018년까지 10년간 4,000억엔 예산 투입

현재 일본 정부는 수소에너지 보급을 위해 에너팜(Enefarm), 수소충전소 및 FCV에 대한 각종 보조금 제도를 실시하고 있으며 2009년부터 2018년까지 약 4,000억엔의 예산을 투입했다. 먼저 에너팜은 도시가스와 LP가스를 개질기(수소를 주성분으로 하는 가스를 생산하고 연료전지 스택에 공급하는 장치)에 통과시켜 수소를 추출해 발전하는 시스템으로 가정용이다. 2009년 보급을 시작한 이후 누적 30만3,929대(2019년 3월 기준) 이상 판매됐다. 에너팜은 가정 내 소비전력의 약 60%를 충당할 수 있으며 가구당 연간 5만~6만엔 정도의 광열비 절감 효과가 있다. 설치 가정은 타입(SOFC/PEFC)에 따라 11만~15만엔 정도의 설치보조금(총 비용은 90~100만엔 수준)을 받을 수 있다.

이어 수소충전소는 용량 및 유형(온사이트, 오프사이트)별로 차이는 있지만 구축비용의 2분의 1~3분의 2(1억8,000~3억9,000만엔)가량이 지원된다. 2018년 말 기준 전국 4대 도시권과 도시권을 연결하는 간선도로 주변을 중심으로 100곳에 설치돼 있으며 11곳에 설치가 진행 중이다.

이밖에도 일본은 2014년 말 도요타가 미라이(Mirai)를, 2016년에는 혼다가 클라리티(Clarity)를 출시하면서 한국의 현대자동차와 함께 세계 FCV 업계를 선점하고 있다. 친환경차에 적용되는 각종 감세 혜택과 중앙정부 및 지방정부 보조금을 감안하면 본래 700만엔 정도인 FCV 가격이 약 300만엔으로 낮아진다. FCV는 2019년 4월 기준으로 3,461대가 판매됐다.

P2G 사업 등 민간기업 연계로 수소화 실증사업

적정가격 수입 통한 수소 확보

이와 함께 일본이 추진하고 있는 수소관련 실증사업을 살펴보면 먼저 야마나시현, 도레이, 도쿄전력 및 도코다카오카 4개 단체는 신에너지사업기술종합개발기구(NEDO)의 위탁을 받아 2017년부터 태양광발전 전력을 활용해 수소를 제조·저장·이용하는 P2G(Power to Gas) 실증 사업을 추진하고 있다. 야마나시현은 P2G에 의한 재생에너지 확대 촉진 및 관련 산업 진흥을 담당하고 도레이는 전해질막, 전극재료 등의 연료전지 및 수전해 재료 개발을 책임진다. 도쿄전력은 에너지의 효율적 이용과 재생에너지 관련 기술개발을 도코다카오카는 전력네트워크 감시 및 제어를 담당한다.

또한 가와사키중공업, 이와타니산업, J파워(J-power) 및 쉘재팬 등 4개 업체가 참여하고 있는 이산화탄소 프리(CO2-free) 수소 수입 프로젝트는 지난 2016년 수소공급협의회(HySTRA·CO2-free)를 설립하고 현재 사용률이 낮은 호주 갈탄을 활용한 국내 수소산업 밸류체인 구축을 추진하고 있다. 4개 참여사 중 갈탄가스를 활용한 수소가스 제조 역할은 J파워가, 액화수소의 하역 및 대량 저장은 이와타니산업이 담당하고 극저온기술을 활용한 액화수소운반선 제조 등은 가와사키중공업이 수행한다. 일본 내에서는 4개사 협력으로 고베시 근해에 떠 있는 비행장에 액화수소 하역설비 및 저장설비를 건설할 계획이다. 한편 수소 제조과정에 서 발생하는 이산화탄소는 CCS 기술을 활용해 근해의 오래된 천연가스유전 지역(깊이 1,000m 이상 지층 모래)에 주입해 저장할 계획이며 이와 관련해서는 호주 정부가 검토를 진행하고 있다.

구체적으로는 2019년 저온 액화설비, 항만의 적하용 기지 및 실증선박을 건설해 2020년부터 이산화탄소 프리 수소의 해상운송을 시작하고 2030년까지 상용화를 실현한다는 목표다. 사용 단계에서는 대형운반선 2척을 취항시켜 FCV 300만대 분(100만㎾ 수소발전연료에 상응)의 수소를 일본에 공급할 계획이다.

이처럼 동일본대지진 이후 악화된 에너지안보 강화와 자동차산업의 국제경쟁력 유지를 위해 수소경제사회를 추진하고 있는 일본은 앞으로도 수소에너지 보급에 막대한 노력을 기울일 것으로 예상되고 있다.

이와 관련해 전문가들은 2020년 7월 일본에서 개최될 ‘도쿄올림픽’은 수소사회 실현을 위한 모멘텀(Momentum)으로 작용할 것으로 보고 있다. 이는 앞서 일본 정부가 제시한 ‘수소·연료전지전략로드맵’상 2020년도 추진 목표가 계획대로 달성되고 도쿄올림픽이 연료전지, FCV, 충전소 및 수소 버스 등을 포함한 수소사회의 미래상을 효과적으로 보여준다면 수소사회 실현에 대한 관심은 전 세계로 확산될 수 있다는 계산이 깔려 있기 때문인 것으로 보고 있다.

이밖에 전문가들은 일본의 수소에너지 대응에서 가장 주목할 부분은 FCV나 수소충전소 같은 다운스트림뿐 아니라 적정 가격의 수소를 안정적으로 확보하는 방안도 면밀히 대비하고 있다는 점을 강조하고 있다. 이는 에너지원으로서 LNG를 수입해 와 사용하는 것처럼 수소도 국내 발생량과 가격 측면에서 경쟁력이 없다면 해외에서 수입해 사용하면 된다는 사고인 것이다. 앞서 언급한 갈탄의 가스화, 액화수소운반선 제조 및 CCS 등의 높은 기술력을 무기로 해외의 미이용 자원을 활용해 적정 가격에 수소를 안정적으로 확보하겠다는 목표가 주목되는 이유이다.

■ 중국, 수소경제 정부 차원 지원책 강화

중국은 최근 정부 차원에서 수소경제 정책을 한층 강화하고 있는 모습이다.

먼저 올해 3월 열린 전국인민대표대회에 수소에너지 설비와 수소충전소 건설을 추진한다고 밝히면서 수소차 육성 의지를 확고히 했다.

이어 4월에는 공업정보화부 황리빈(黄利斌) 대변인이 기자간담회에서 “수소차와 전기차는 장기적 관점에서 상호보완적으로 발전할 수 있으며 상대적으로 뒤처진 수소차의 산업화를 혁신적으로 추진할 것”이라고 밝혔다. 또한 국가발전개혁위원회는 ‘산업구조조정을 위한 지침서’ 초안에서 장려·제한·도태산업을 제시하면서 수소에너지 및 충전설비를 장려산업으로 분류했다. 아울러 재무부는 올해 전기차 보조금 인하에도 불구하고 수소차 보조금을 2020년까지 유지할 계획이라고 밝혔다. 이 같은 정부 주요 부처의 움직임은 양산체제에 돌입한 전기차보다 수소차 산업을 육성하겠다는 의지를 피력한 것으로 풀이된다.

지난해 중국의 자동차 판매는 2017년 대비 4.1%가 감소한 2,315만대를 기록했다. 플러그인 하이브리드차를 포함한 전기차는 125만대로 5.4%를 차지했으며 수소차 판매는 1,500여대에 불과했다. 이 중 버스가 1,400대 이상에 달했으며 나머지는 모두 트럭이다.

수소차는 오염배출이 없을 뿐만 아니라 충전시간이 5분 이내이고, 1회 충전으로 500~600㎞를 주행할 수 있어 전기차의 약점을 상쇄할 수 있다. 특히 버스·트럭뿐 아니라 트램(Tram), 열차, 선박 등 다양한 분야에 적용할 수 있어 새로운 시장으로 관심을 모으고 있다. 중국은 현재 세계에서 수소를 연료로 가장 많이 활용하는 국가로 알려져 있다. 현재 수소는 대부분 화석연료에서 얻지만 향후 잉여 태양광·풍력발전을 활용해 생산할 수도 있다는 점에서 기회를 찾을 수 있다.

특히 중국은 수소차 분야 가운데 버스의 성장세가 두드러게 나타나고 있다. 지난해 말 중국의 41개 완성차 기업이 개발한 수소차 56종 가운데 대다수가 버스였다. 유엔개발계획이 선정한 수소경제 시범도시 루가오를 포함해 윈푸·포산 등에서는 현재 수소버스 실증 사업을 추진 중이다. 또한 중국 수소차의 쇼 케이스로 기대되는 2022년 베이징 동계올림픽 개최지에 포함된 허베이성 장자커우시 역시 지난해 7월부터 수소버스 70여대를 운행 중이며 올해 170대를 추가할 계획이다. 중국의 수소버스는 대당 245만~295만위안(약 4억2,000~5억1,000만원)이지만 중앙정부가 30만~50만위안을 보조하고 지방정부는 최대 50만위안의 보조금을 지급하고 있다. 버스마다 사양이 다르기 때문에 직접 비교할 수는 없지만 국내 수소버스는 대당 8억원이 넘어 중국과는 큰 차이를 보인다.

중국의 대표적 자동차기업인 상하이그룹은 정부 계획에 발맞춰 순수 전기차와 플러그인 하이브리드차를 먼저 공급한 후 수소차를 생산한다는 전략이다. 2017년 7월 세계 최대 규모의 수소버스 생산기지를 확보한 위통객차(버스판매 세계1위)를 비롯해 포톤, 둥펑, 청년 등도 수소버스를 생산 중에 있다.

수소차 분야 집중 육성

2025년까지 수소차 5만대 보급 달성 목표

중국은 1960~1970년대부터 연료전지에 대한 정책적 지원을 시작했으며 우주선이나 다른 여러 용도로 기술개발을 시도했다. 2000년대 초반에도 전 세계적인 관심과 맞물려 R&D 투자가 이뤄졌으나 성과는 미미했다. 이후 2014~2015년 연료전지와 수소차 정책들이 공식화되고 기업들이 수소 관련 산업에 대거 진출하면서 차츰 성과가 나타나기 시작했다. 중국 수소관련 기업의 50~60%가 밀집한 베이징, 장강삼각주와 주강삼각주 지역을 중심으로 산업생태계도 조성되고 있다.

지난해 2월에는 주요 부처 지원 아래 국가에너지투자그룹(전력·석탄 국유기업) 주도로 17개 기관·기업이 참여하는 ‘중국수소연료전지산업 혁신전략연맹’이 발족됐다. 이 연맹은 저(低)탄소, 안전, 고효율의 에너지시스템 구축을 통한 생태문명 건설”을 충족하기 위해 국가 차원에서 수소에너지 산업을 육성하고 세계적 수준으로 기술을 개발한다는 것이다. 이를 위해 현재 에너지·제조업 등 다양한 분야의 기업들이 참여하고 있으며 공동 R&D 및 사업화를 추진할 계획이다.

중국은 다른 분야와 마찬가지로 수소연료전지 분야에서도 선진기업 인수나 협력을 통해 자국 시장과 기술개발을 바꾸는 시장환기술 정책을 추진 중이다. 지난해 말에는 중국 최대 디젤엔진기업인 웨이차이가 연료전지기술을 보유한 영국의 세레스(Ceres Power)와 캐나다 발라드(Ballard Power Systems)의 지분을 인수하는 등 M&A를 추진했다.

전문가들은 중국 정부의 지원이 확대되고 많은 기업이 수소시장에 진출했지만 수소경제의 성패는 현재 수 1,000대 수준에 불과한 수소차 보급을 2025년 정부가 목표로 하는 5만 대(누적)까지 확대할 수 있느냐에 달린 것으로 보고 있다. 수소버스·트럭 외 수소승용차 보급이 확산되지 않을 경우 전체 생산 규모를 수만 대 수준으로 늘리기가 쉽지 않을 것이라는 평가 때문이다. 특히 수소차 생산에서 규모의 경제를 확보하지 못할 경우 원가절감이 쉽지 않을 것이라는 분석도 힘을 더하고 있으며 무엇보다 양산체제를 갖추기 위해서는 연 10만대 이상이 보급돼야 하나 정부의 보조금 규모와 종료 시점이 정해지지 않은 가운데 전기차도 점차 원가경쟁력을 확보해 가고 있어 수소차 5만대 누적 보급 및 연산 10만대 생산 시점을 예측하기가 쉽지 않다.

한편 현재 설치된 20곳의 수소충전소 외에도 추가로 40~45곳이 건설 중이나 아직 수소차 보급 대수가 적어 경제성 확보가 어려운 실정이다. 충전소 건설뿐 아니라 관리기준 제정 등 아직 산적해 있는 과제들이 수두룩한 상황이다. 아울러 몇몇 기업이 수소경제를 선도하기에는 제도적·경제적·사회적으로 아직 넘어야할 난관이 많다. 현 전기차 수준의 산업생태계가 구축되기 위해서는 산업육성정책이 더욱 강화되고 더 많은 기업이 협력해 기술 혁신을 이뤄 나가야 한다는 주장이 힘이 실리는 이유이다.

■ 한국, 기술력 바탕으로 글로벌 에너지시장 선도 가능

한국 정부는 올해 1월, ‘수소경제 활성화 로드맵(이하 수소 로드맵)’을 발표하고 ‘세계 최고 수준의 수소경제 선도국가로의 도약’을 국가 비전으로 제시했다.

수소 로드맵에는 수소차와 연료전지(발전용) 세계 시장점유율 1위를 목표로 화석연료 자원 최빈국에서 그린 수소 산유국으로 진입하겠다는 내용이 포함돼 있다. 이를 위해 2018년 13만톤에 불과한 수소 공급을 2022년 47만톤, 2040년까지 526만톤으로 확대하며 ㎏당 공급가격은 2018년 8,000원에서 2022년 6,000원, 2040년에는 3,000원 수준으로 낮춰 공급할 계획임을 밝혔다.

한국은 정부가 주도적으로 수소경제를 활성화하기 시작한 것은 2005년부터라고 볼 수 있다. 노무현 정부는 ‘친환경 수소경제 구현을 위한 마스터플랜(이하 마스터플랜)을 발표하고 화석연료 고갈 및 기후변화 대응 차원에서 자연계에 가장 풍부한 수소를 중요 에너지원으로 선정했다. 당시 주요 선진국에서도 관심을 가지고 상용화 기술 개발을 시도했으나 국제유가 하락과 후속정책 불발로 열기가 점차 식어 갔다. 하지만 최근 수소차를 중심으로 일본과 독일 등에서 다시 관심이 커지면서 한국도 중장기 목표와 이행 방안을 수립해 추진 중인 상황이다.

세밀한 정부 정책과 산업계 자발적 참여 필요

수소경제는 한국의 기술력을 바탕으로 글로벌 에너지시장선도, 발전·수송부문의 탈(脫)탄소화와 에너지 안보 향상이라는 긍정적 측면과 동시에 수소생산 및 인프라 구축 과정의 기술적 한계가 분명하고 경제성 확보가 어렵다는 부정적 견해가 양립하고 있다. 특히 정부 주도의 수소경제 전환 정책이 성급하게 추진되고 있다는 부정적 인식이 상존하는 상황에서 자칫 시장논리에 위배되는 상황이 연출될 가능성도 배제할 수 없다.

하지만 수소는 지구적 차원에서 화석연료 고갈과 기후변화에 선제적으로 대응할 수 있는 미래 에너지 자원이라는 점에서 그 자체로 의미가 크다. 이와 관련 전문가들은 기술제약은 개별기업이나 국가 단위로 R&D를 추진하기보다 전 지구 차원의 공동과제로 수행해 조기성과를 도출하고 결과물을 공유할 필요가 있다고 보고 있다. 또한 기술 문제 극복은 수소산업 밸류 체인 확장과 생태계 조성으로 이어져 수소경제에서 수소사회로의 전환을 촉진하는 선순환 동력으로 작용할 수 있을 것이다. 이에 전문가들은 ‘수소경제’에서 ‘수소사회’로 성공적으로 전환하기 위해서는 무엇보다 정부가 세밀한 정책 디자인을 고민하며 차분히 준비해야 하고 산업계는 기술개발과 이용분야 확대 등 자발적 노력을 경주해야한다고 입을 모으고 있다.