‘생산-유통-판매’ 수소밸류체인 완성 구상

기존 설비·인프라 활용 비용경쟁력↑

코로나19와 친환경 트렌드 등에 따른 석유 수요 감소로 어려움을 겪고 있는 정유업계가 친환경 에너지 기업으로의 변신을 꾀하고 있어 주목을 받고 있다.

그동안 석유 사업이 중심이었던 SK이노베이션, GS칼텍스, 에쓰오일, 현대오일뱅크 등 국내 정유사들은 기존 석유사업 대신 미래 성장 동력을 확보하기 위해 미래 먹거리인 ‘수소 사업’에 본격적으로 나서고 있다.

이는 전 세계적으로 탄소중립 흐름이 가속화되는 가운데 앞으로 친환경 에너지가 아니면 살아남기 힘든 상황에서 최근 수소사업의 경제성까지 좋아지자 앞 다퉈 시장 선점에 나서고 있는 것이다.

정유업계에 따르면 정유산업은 국내에서 철강과 석유화학, 시멘트 다음으로 탄소 배출이 많은 업종이다. 현재의 사업구조를 유지한다면 미래 성장동력을 담보하기 어렵다는 점은 업계 전체가 절감하는 부분이다. 세계적인 에너지 패러다임도 화석연료에서 친환경 에너지로 급격히 전환되고 있는 점도 정유사들의 수소사업 진출에 큰 영향을 끼쳤다.

사업 특성상 탄소 배출이 많은 정유사는 수소사업을 통해 ESG(환경·사회·지배구조) 경영을 확대할 수 있는 장점이 있다. 특히 한국은 국토의 대부분이 산지라 효율적인 태양광·풍력·수력 발전을 위한 자연 환경이 제한된 만큼 현재 국내에서는 친환경 에너지원인 수소의 중요성이 점차 부각될 수밖에 없다는 평가다.

무엇보다 정유사들은 정유·석유화학 공정의 부산물로 수소를 이미 생산하고 있고 기존 인프라(정제설비와 유통 수단 등)을 활용하면 타 산업보다 빠르게 수소산업의 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 전망되고 있다.

현재 국내 정유사들은 수소의 생산부터 유통, 판매에 이르기까지 수소밸류체인 완성을 구상하고 있다. 그동안에는 시범적으로 주유소·LPG 충전소에 전기·수소 공급을 추가한 융·복합 형태의 에너지스테이션을 도입했지만 수소충전소 구축에도 본격적으로 속도를 낼 전망이다.

이들 국내 거대 정유사들이 대규모 자본을 투입하고 직영 주유소를 운영한 경험을 토대로 충전소 구축과 운영에 나선다면 현재 국내 수소충전 인프라 부족 문제 해결에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

SK, 글로벌 1위 수소기업 도약 독표

2025년까지 수소밸류체인 구축

국내 기업 중에선 SK이노베이션을 포합한 SK그룹이 가장 적극적으로 수소사업을 추진하고 있다. 지주회사인 SK는 지난해 말 그룹차원의 수소사업 전담 조직인 ‘수소사업추진단’을 신설하고 SK이노베이션·SK E&S·SK건설 등 관계사 역량을 결집해 오는 2025년까지 수소 생태계 구축에 18조5,000억원을 투자키로 하면서 수소 생산·유통·소비에 이르는 밸류체인을 구축하고 글로벌 1위 수소기업으로 도약한다는 목표를 제시했다.

이에 SK인천석유화학의 부생수소를 활용해 2023년부터 약 3만톤 규모의 액화수소를 생산하고 2025년부터는 친환경 청정수소 25만톤을 추가로 생산하는 등 총 28만톤 규모의 수소를 생산할 예정이다. 이는 국내 전체 수소 공급량 13만톤(2018년 기준)의 2배가 넘는 규모이다. 이 과정에서 SK이노베이션은 자사 사업장 내 정유·석유화학제품 생산과정에서 발생하는 기체상태의 부생수소를 SK E&S에 공급할 액화수소로 변환 판매한다는 전략이다.

또한 SK에너지는 지난 1월 경기도 평택시 SK에너지 주유소와 LPG 충전소 부지 내에 첫 수소충전소의 문을 열었다. 최근에는 SK에너지가 보유 중인 전국 115개 직영 주유소 자산을 SK리츠에 매각했는데 이를 통해 확보한 7,638억원을 수소 충전소 등을 짓는데 활용할 계획이다.

이와 함께 올 초 SK E&S와 약 1조8,000억원을 투자해 글로벌 수소 기업인 미국의 플러그파워의 최대주주에 오른 SK는 아시아 수소시장 공동 진출을 위한 협력관계를 구체화해 나가고 있다. 더불어 SK건설은 지난 5월 연료전지 제작사인 미국 블룸에너지, 프로필렌 전문 생산·판매 기업인 SK어드밴스드와 함께 순수 수소 고체 산화물 연료전지(SOFC) 발전설비를 구축하고 이산화탄소를 배출하지 않는 전력 생산에 나서기도 했다.

이밖에도 SK는 지난 6월 3일 세계 최초로 청록수소 대량생산에 성공한 미국 모놀리스에 투자를 통해 당장 상업화가 가능한 청정수소 원천기술을 확보했으며 장기적으로 그린수소 포트폴리오를 한 발 앞서 구축하기 위한 다양한 방안을 실행해 나가고 있다.

현대오일뱅크, 국내 수소 1위 기업 목표

2030년까지 블루수소 10만톤 생산

현대오일뱅크오 국내 수소 1위 기업을 목표로 수소사업을 추진하는 현대중공업그룹을 등에 업고 적극적인 행보를 보이고 있다.

먼저 블루수소와 그린수소 등 친환경 수소사업에 박차를 가하고 있는 현대오일뱅크는 오는 2030년까지 원유 정제 부산물과 천연가스 등을 원료로 연간 블루수소 10만톤을 판매하는 ‘수소 드림 2030 로드맵’을 세웠다. 이에 지난 4월 미국의 산업용가스 기업인 에어프로덕츠와 친환경 수소사업 업무협약을 체결하고 본격적으로 수소사업에 뛰어 들었다.

회사 측은 천연가스와 정유 부산물 등 다양한 원료로 수소를 제조할 수 있는 원천기술을 갖고 있는 에어프로덕츠의 노하우와 수소 액화 등 저장, 수송 관련 기술과 협력해 저렴한 원유 부산물과 직도입 천연가스로 수소를 생산해 원가경쟁력을 확보한다는 계획이다. 이렇게 생산한 수소는 자동차와 발전용 연료로 공급되며 탄소는 별도 설비를 통해 친환경 건축자재인 탄산칼슘과 드라이아이스, 비료 등으로 자원화 할 예정이다.

현대오일뱅크는 양사가 생산과 공급자로서 협력관계를 조성할 경우 이산화탄소 처리과정에 드는 비용을 절감하고 수소 제조원가를 낮추는 등 블루 수소 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 내다보고 있다. 이를 바탕으로 양사는 제조과정에서 신재생에너지를 사용해 이산화탄소를 배출하지 않는 에너지원 ‘그린 수소’ 사업모델 개발에도 힘을 모으기로 했다.

이와 함께 현대오일뱅크는 사우디아라비아의 국영 석유 회사인 아람코와도 수소 협력을 타진하고 있다. 현대오일뱅크가 아람코로부터 액화 석유 가스(LPG)를 수입, 이를 기반으로 블루수소를 생산하고 탄소는 다시 아람코에 공급해 탄소 제로(0) 공정을 실현하는 것이다. 특히 현대오일뱅크는 암모니아를 활용한 그린수소 사업도 아람코와 협업을 추진한다. 이는 아람코에게서 제공 받는 블루암모니아를 2024년까지 구비할 예정인 LNG 보일러의 연료로 일부 활용하는 것으로 친환경 연료인 암모니아를 발전소에 투입하면 탄소 배출이 현저히 줄어들게 된다.

또한 현대오일뱅크는 친환경 연료 사업비중을 높여 현재 운영중인 수소충전소 1개소를 연말까지 2~3개소 가량 추가 구축한다는 계획이다. 아울러 현재 20개소에 불과한 전기차 충전 네트워크를 오는 2023년까지 200개소로 확대하는가 하면 수소충전소도 2030년까지 180개소로 늘린다는 계획이다. 무엇보다 국내 정유사 중 가장 많은 직영주유소 400여개를 보유해 이를 활용한다면 수소사업 진출에 유리한 고지를 점할 수 있을 것으로 예상되고 있다.

이밖에 현대오일뱅크는 최근 한국남동발전과 ‘신재생에너지 사업 공동개발 협력을 위한 양해각서를 체결하며 수소연료전지를 활용한 발전시장 진출에도 나서고 있다. 이번 협약으로 현대오일뱅크는 수소를 생산해 공급하고 남동발전은 연료전지 발전소 운영 노하우를 제공함으로써 합작 발전 법인에서 전기를 생산한다는 계획이다. 생산된 전기는 정부의 '수소발전의무화제도'에 따른 의무 구매자에게 공급·판매한다.

이같은 수소사업을 통해 현대오일뱅크는 정유사업 매출 비중을 현재 85%에서 2030년 45%까지 낮춘다는 계획이다.

에쓰오일, 연료전지 통한 수소사업 진출

그린수소 생산까지 사업 확장 추진

에쓰오일은 차세대 연료전지 기업 에프씨아이(FCI)에 지분투자를 통해 수소사업 진출을 선언했다. 에쓰오일은 신성장 전략 ‘비전 2030’ 달성을 위해 수소 생산부터 유통, 판매까지 수소산업 전반 진출을 계획 중이다.

한국-사우디아라비아 합작기업인 FCI는 40여건의 고체산화물 연료전지(SOFC) 특허를 보유한 연료전지 전문 기업으로 최근 그린수소까지 사업 확장을 추진하고 있다.

에쓰오일의 투자비용은 82억원으로 FCI 지분 20%를 확보해 국내 최대주주로 올라섰다. 2027년까지 최대 1,000억원 규모의 투자를 통해 100㎿ 이상 규모의 생산설비를 구축하고 그린수소 사업까지 사업영역을 확장할 예정으로 알려졌다.

이와 함께 대주주인 사우디 아람코와 협력해 그린수소, 그린암모니아를 활용한 사업 및 액화 수소생산·유통사업도 검토하고 있는 에쓰오일은 서울 시내에 복합 수소충전소 도입을 검토하고 있으며 버스·트럭의 수소 충전 인프라 수축을 위해 관련 업계가 추진하고 있는 특수목적법인 코하이젠에도 참여하고 있다.

GS칼텍스, 수소사업 밸류체인 전반 나선다

미래형 주유소 육성

GS칼텍스는 정유 4사 가운데 가장 늦게 출사표를 던졌지만 한국가스공사, 한국동서발전과 손잡고 수소사업 밸류체인 전반에 진출한다.

우선 GS칼텍스는 한국가스공사와 오는 2024년 완공을 목표로 경기도 평택 부근에 연산 1만톤 규모의 액화수소 플랜트를 짓겠다고 밝혔다. 이는 수소 승용차 기준으로 약 8만대가 연간 사용 가능한 양으로 수도권과 중부권에 수십 곳의 액화수소 충전소를 구축해 이를 공급할 예정이다. 이 외에도 한국가스공사와 업무협약을 통해 ▲액화수소 플랜트 구축 ▲액화수소 충전소 구축 ▲수소 추출설비 구축 ▲CCU(탄소 포집∙활용) 기술 실증 및 상용화 등 액화수소사업 밸류체인 전반에 대해 협업하기로 했다. 양사는 CCU가 상용화되면 블루수소를 생산하게 될 것으로 기대하고 있다.

또한 GS칼텍스는 한국동서발전과 1,000억원을 투자해 여수시 소재의 한국동서발전 호남화력발전소 내 유휴부지에 오는 2023년 완공을 목표로 15㎿ 규모의 수소 연료전지 발전소를 건설하기로 했다. 이 발전소에서 생산되는 전기는 약 5만 가구가 사용할 수 있으며 GS칼텍스 여수공장에서 파이프라인으로 부생수소를 공급받게 된다.

이와 함께 GS칼텍스는 수소충전소에도 주목하고 있다. 지난해 서울 상일동 주유소·LPG충전소 부지에서 현대자동차그룹과 함께 ‘H 강동 수소충전소’의 영업을 시작했고 수소충전은 물론 전기차충전, 드론배송 등 미래형 주유소 ‘에너지플러스 허브 삼방’도 문을 열였다.

특히 서울 시내 민간 부지에 처음 세워진 강동 수소충전소는 휘발유·경유·LPG·전기뿐 아니라 수소까지 공급하는 약 1,000평 규모의 융복합 에너지 정거장으로 하루 70대의 수소차 완충이 가능하다. 수소를 외부로부터 공급받는 방식으로 충전소에서 수소를 직접 생산하는 것보다 안전하다는 평가를 받고 있다.

GS칼텍스는 에너지기업의 변화와 확장의 의지를 전달하고 미래 지향적 사업영역을 통합하는 ‘에너지플러스’ 브랜드를 사용, 기존 주유소 모델을 탈피한 미래형 주유소로 가치를 극대화한다는 계획이다.

GS칼텍스 관계자는 “친환경 에너지에 대한 수요 증가와 모빌리티 환경 변화에 대응, 주유소를 주유, 세차, 정비 등 일반적인 서비스 뿐 만 아니라 전기차 충전, 수소차 충전, 카셰어링, 드론·로봇 배송 등 다양한 모빌리티 서비스를 제공하는 거점으로 육성해 나가겠다”고 말했다.

인프라 부족·높은 생산단가 등 걸림돌

정부 지원 및 글로벌 협업 체계 필요

이처럼 정유사들의 앞 다툰 수소사업 진출은 앞서 언급한 바와 같이 화석연료 중심의 주력 사업으로는 회사 미래를 담보할 수 없다는 위기의식이 작용한 결과로 해석된다.

원유를 정제해 석유제품을 생산하는 정유업은 철강업과 함께 온실가스 배출량이 가장 많은 산업으로 꼽힌다. 실제 국내 주요 기업의 탄소 배출량 10위 안에 정유 4사가 모두 속해있다. 현재 사업 구조를 유지할 경우 탈탄소 시대에 살아남기 힘들다는 우려가 나오는 것도 이 때문이다.

특히 유럽의 경우 2030년부터 내연기관차 신차 판매를 금지하고 중국도 2035년부터 내연기관차 생산을 중단한다고 밝혔다. 우리나라도 지난해 대통령 직속 국가기후환경회에서 내연기관차 판매 중단 시점을 2035년 또는 2040년으로 제시하면서 화석연료 시대가 점차 저물고 있는 상황이다. 게다가 국내 정유4사는 지난해 코로나19 여파로 인해 합산 누적 적자가 5조원을 넘어서는 등 글로벌 경기와 국제유가 등 외부 변수에 민감해 위기시 대규모 손실을 감수해야 한다.

수소는 산소와 반응해 에너지를 만들면 부산물로 물이 생성되기에 친환경을 위한 필수 에너지원으로 꼽힌다. 수소는 같은 질량의 석유보다 발열량이 3배 이상 높은 효율적인 에너지이지만 지금까지 높은 가격과 미비한 인프라로 인해 태양광·풍력 등 다른 친환경 에너지보다 주목을 받지 못했다. 하지만 최근 암모니아에서 고순도 수소를 대량으로 생산하거나 값싼 갈탄에서 수소를 추출하는 등 여러 기술이 개발되고 경제성 문제가 개선되면서 시장이 날로 확대되고 있는 상황이다.

때문에 정유사들은 수소시장의 성장 가능성에 기대가 클 수밖에 없다. 수소 경제 관련 글로벌 CEO 협의체인 수소위원회는 연간 수소 소비량이 2020년 10EJ(엑시줄)에서 2050년까지 약 8배 증가한 78EJ까지 성장할 것으로 내다봤다. 아울러 글로벌 컨설팅업체 맥킨지는 2050년 전 세계가 사용하는 에너지의 18%를 수소가 담당할 것으로 예측했으며 미국 투자은행 골드만삭스는 전 세계 시장 규모는 2050년 12조달러 규모로 확대될 것으로 전망하고 있다.

다만 아직 수소산업 자체가 초기 단계인 만큼 상용화를 목표한 시점만큼 이른 시일 내 현실화할지 의구심을 표하는 목소리도 나온다. 당장은 생산단가가 높기 때문에 원가 절감 기술을 확보해야 함은 물론 기업들이 궁극적으로 목표하고 있는 그린수소까지 가려면 넘어야 할 과제가 많다.

현재 부생 수소와 그린수소 생산가격은 2배 이상 차이가 난다. 블룸버그 등에 따르면 수소생산 비용은 2018년 기준 부생 수소 방식이 ㎏당 2,000원 미만이며 수전해(전기분해) 방식은 9,000~1만원 수준이다. 경제성을 확보하려면 수전해 방식 비용을 3,000원 수준으로 낮춰야 하는데 업계에서는 적어도 10년이 소요될 것으로 보고 있다. 이는 기업이 수익을 볼 때까지 10년을 버텨야 한다는 뜻이기도 하다.

더불어 수소 인프라 확충도 과제로 꼽힌다. 기업이 수소를 생산하더라도 이를 운송-저장-충전할 수 있는 공급망이 따라가지 못하면 활용도는 그만큼 떨어질 수밖에 없다. 수소 사업 중 가장 속도를 내고 있다고 평가받는 수소차만 하더라도 날로 확충되고 있긴 하지만 현재 국내 충전 인프라가 열악한 상황이다.

자동차산업협회에 따르면 수소차 충전기 1기당 차량 대수는 180대로 미국(1기당 224대)에 이어 두 번째로 열악하다. 전기차 인프라의 경우 전기차 2.1대당 충전기 1기로 차이가 크게 벌어진다.

이에 각 기업의 수소사업이 효과적으로 정착되기 위해서는 선진 수소기술 개발 외에 운송-저장-충전 등 인프라 사업에도 결실을 거둘 수 있도록 R&D 지원, 판로 확보 등 전방위적인 정부의 지원이 뒤따라야 한다는 목소리가 나온다.

업계 한 관계자는 “전기판매사업자에게 수소발전 구매를 의무화하는 제도 등이 마련돼 있지 않아 수소 발전 사업에 뛰어들 유인이 없었다”며 “수소를 생산하는 것만큼이나 수송을 위해 수소를 압축하는 기술도 필요한데 자체 기술은 마련돼 있지 않아 이러한 기술을 가진 해외업체로부터 들여와야 하는 실정”이라고 지적했다.

이처럼 수소산업이 규모의 경제를 달성하기 위해서는 글로벌 수소 거래 시스템의 정립, 대규모 수소 인프라 확충 등이 선행돼야 하며 정부와 에너지업계의 공조를 넘어 글로벌 관점의 협업 체계 마련이 시급하다고 볼 수 있다.