2050년까지 최종 에너지 수요 24% 청정 수소로 충당

‘청정 수소’를 기반으로 한 수소경제가 전세계로 확산돼 대중화될 경우 각종 산업계에서 발생하는 온실가스 배출량을 최대 34%가량 절감시킬 수 있다는 전망이 나왔다. 하지만 이를 위해서는 정부의 일관된 정책과 막대한 투자가 수반돼야 한다는 의견이다.

에너지 리서치업체인 블룸버그 뉴에너지파이낸스(BNEF)는 최근 ‘수소경제 전망’ 보고서를 통해 이같이 내다봤다.

BNEF는 청정 수소경제가 파리기후변화협약 시나리오를 준수하면서 최종에너지 수요의 24% 정도를 충족시킬 수 있다고 예측했다. 즉 오는 2050년까지 지구 온도 상승 폭을 1.5℃로 제한하면서도 최종 에너지의 24%가 청정 수소로 충당될 수 있다는 것이다.

또 가격 경쟁력이 받쳐줄 경우 청정 수소는 재생에너지가 활약하지 못하는 분야에서도 탄소를 기반으로 한 화석연료를 충분히 대체할 수 있다는 예측도 나왔다. 다만 국가별 비용에서는 차이가 난다. 미국, 브라질, 호주, 스칸디나비아, 중동처럼 재생에너지와 수소 저장 자원을 갖춘 나라는 20~25% 정도 비용을 줄일 수 있지만 한국이나 일본처럼 재생에너지 자원 기반이 약하고 저장상 지리적 약점이 있는 국가는 50~70% 정도 비용이 오를 수 있기 때문에 수소의 국가 간 거래가 필요하다는 것이다. 아울러 재생에너지는 자동차 운행, 산업 공정 등에 활용될 수 있지만 중공업 등 고(高)에너지 밀도가 요구되는 공정에서는 화석연료가 더 우위에 있다.

이와 관련 BNEF는 “청전 수소 생산 원가가 kg당 1달러에 달하는 경우, 탄소 가격이 tCO2당 50달러면 2050년까지 제철 부문의 석탄에서 청정 수소로의 전환, 시멘트 생산에서는 tCO2당 60달러면 열 에너지원으로 수소 사용, tCO2당 78달러이면 암모니아와 같은 화학품 생산, tCO2당 145달러이면 선박 연료 부문에서 요구되는 화석연료가 수소로 대체될 수 있다”고 밝혔다. 이어 “대형 트럭 또한 2031년까지 디젤보다는 수소로 운행하는 것이 더욱 저렴해 질 수 있으나 자동차, 버스 및 소형 트럭의 경우 여전히 배터리가 더 저렴한 방안이 될 것”으로 내다봤다.

재생에너지 기반 ‘청정 수소’ 생산이 해답

이처럼 수소는 석탄, 석유와 가스의 대체재로 광범위하게 활용될 수 있는 에너지원이지만 지난 2018년에는 99%의 수소가 화석연료를 기반으로 생산된 것으로 나타났다. 현재 대부분의 수소가 천연가스를 개질해 생산되는 만큼 생산과정에서 온실가스가 배출돼 수소경제의 친환경성에 의문이 제기되고 있는 상황이다. 때문에 수소 사용으로 온실가스 배출량을 줄이고 기후변화에 대응하는 이른바 ‘친환경 효과’를 보기 위해서는 태양광·풍력 등과 같은 재생에너지를 기반으로 하는 ‘청정 수소’가 생산돼야 한다는 주장이다.

청정 수소는 풍력이나 태양광 발전으로 물을 수소와 산소로 전기분해하는 방식으로 얻을 수 있다. 특히 BNEF는 재생에너지의 발전비용과 전해조(槽) 생산비용이 갈수록 저렴해져 2050년에는 청정 수소의 생산단가가 1kg 당 0.8∼1.6 달러에 그칠 것으로 전망했다.

이는 가격이 MMBtu당 6∼12달러의 천연가스와 동등한 수준이며 현재 브라질, 중국, 인도, 독일과 스칸디나비아 천연가스 가격과 비교해도 가격 경쟁력이 있다. 즉 청정 수소는 탄소포집 및 저장(CCS) 기술을 적용한 천연가스 또는 석탄으로 만든 수소보다도 저렴하다는 것이다. 이전 까지 CCS 기술은 가스와 석탄 자원이 풍부한 대신 상대적으로 재생에너지 부지가 부족한 중국, 독일 같은 나라들에 유용한 기술이 될 전망이다.

실제 지난 2014년부터 2019년까지 북미지역과 유럽에서의 전해조 생산비용은 40% 가량 줄었고 같은 기간 중국에서는 80% 감축된 것으로 전해졌다.

수소 저장·운송을 위한 대규모 인프라 구축 필수

BNEF 산업 탈탄소 부서 팀장이자 보고서 저자인 코바드 바브나그리는 “수소는 청정경제를 이끌 연료가 될 잠재력이 있으며 앞으로 몇 년간 풍력과 태양광을 사용해 낮은 비용으로 수소를 생산하고 수개월간 지하에 저장한 후 필요시 파이프를 통해 공급받을 수 있다”고 말했다. 아울러 “청정 수소 산업의 규모가 확대될 수 있으면 배출가스 저감이 어려운 부문 중 대다수도 수소를 통해 놀랍도록 낮은 비용으로 탈탄소가 가능할 수 있다”고 덧붙였다.

하지만 문제는 청정 수소 경제 활성화를 위한 인프라 투자에 막대한 비용이 든다는 것이다. 수소는 밀도가 낮아 이를 저장하기 위해서는 화석연료보다 더 큰 규모의 저장시설이 필요하다. 이에 수소가 오늘날 천연가스처럼 어디서나 흔하게 사용되려면 인프라 확대를 위한 대규모 투자가 뒷받침 돼야 한다는 진단이다.

BNEF는 “수소를 대량으로 저장하는 방법은 수소 산업이 풀어야 할 최대 난제 중 하나이며 수소가 천연가스와 같은 수준으로 에너지 안보를 제공하려면 2050년까지 6,370억달러(776조원)를 들여 천연가스의 3∼4배에 이르는 저장시설이 구축되어야 한다”고 지적했다.

수소의 저장에 이어 운반을 위한 인프라 구축 또한 필수라는 관측도 제기됐다. 수소의 저밀도 특성으로 인해 도로나 배를 통한 운반은 비용 효율성이 떨어지지만 수소는 메탄가스에 비해 파이프로 이동되는 속도 3배가량 더 빠른 장점이 있다. 수소가 기존 파이프 체계와 호환되지 않는다는 점을 고려하면 수소를 천연가스처럼 흔해져 편하게 사용하기 위해서는 결국 대규모 인프라 구축이 필수라는 것이 보고서의 주장이다.

수소 활용도 위해 정부의 탈탄소 정책 지원 필요

이와 함께 수소가 활용도를 갖추기 위해서는 정부 정책과 수요 또한 따라줘야 한다는 의견도 나왔다.

보고서는에 따르면 향후 2050년까지 1kg당 1달러의 생산 원가를 달성하기 위해서는 수소에 대한 수요가 증대돼야야 하고 수소 저장·운송 시설에 대한 비용도 앞으로 꾸준히 하락해야 한다.

바브나그리 팀장은 “청정 수소 산업은 현재 규모가 작은 반면 비용은 높다. 비용 하락의 가능성이 매우 크지만 수소경제의 규모가 확대되어야 할 필요가 있고 공급 인프라 네트워크도 구축돼야 한다”며 “이를 위해서는 범정부적 정책과 민간 투자를 위한 기반이 마련돼야 하고 향후 10년간 약 1,500억달러(182조원)의 보조금 지급도 필요하다”고 말했다.

이처럼 청정 수소에 대한 투자와 정책이 불충분하고 관련 정책이 실행된다 하더라도 수소경제에 대한 전망은 불투명하다. 청정 수소 생산원가를 1kg당 1달러까지 맞추더라도 수소는 여전히 생산돼야 하는 에너지원이기 때문이다. 아울러 에너지 밀도가 낮아 압축이나 액화 처리에 대한 비용도 추가로 발생한다.

이는 천연가스와 석탄, 석유 등의 화석연료가 추출만 되면 에너지원으로 바로 활용될 수 있다는 점과 대비된다. 결국 화석연료 사용에 대한 탄소세나 배출량거래제 등 탄소가격제가 따르지 않을 경우 수소는 결국 상대적으로 비싼 에너지원으로 남을 가능성이 높다.

바브나그리 팀장은 “산업계가 자동적으로 수소를 사용하지 않기 때문에 수소경제 활성화를 위해선 탄소중립이란 목표가 제시되고 순제로 배출 목표 및 관련 정책이 반드시 수반돼야 한다”고 강조했다. 이어 “수소는 너무도 많은 곳에 쓰일 수 있기 때문에 유망하고 강력하다”며 “재생에너지는 무탄소(carbon free) 전기에 대한 길을 냈지만 순제로 배출 목표를 달성하기 위해서는 전기를 넘어 무탄소 연료가 필요하다. 이게 바로 수소의 역할이다”라고 말했다.

한편 BNEF에 따르면 한국은 수소를 재생에너지로 전량 생산하는데 있어서 적절한 토지가 부족한 것으로 진단됐다. 이에 따라 한국이 온실가스 감축 목표를 이루기 위해서는 청정 수소의 수입이 필요할 것으로 전망됐다.