수소시대로의 전환 가속화

최근 전 세계적으로 수소경제에 대한 패권 확보와 미래 먹거리 발굴 경쟁이 뜨겁게 전개되고 있다. 특히 유럽 및 북미 등 국가들은 태양광과 배터리 패권 경쟁에서 중국에 뒤쳐 진 것을 만회할만한 새로운 격전지로서 수소를 주목하고 있어 글로벌 수소 전장은 빠르게 확산되고 있다. 뿐만 아니라 각국은 수소산업을 친환경 에너지라는 대안적 차원을 넘은 차세대 경제 패러다임으로 여기고 선점하기 위해 전력투구하고 있는 모습이다.

딜로이트 글룹이 최근 발표한 ‘기후기술과 수소경제의 미래’라는 보고서에 따르면 2022년 전 세계 43개국 중 15개국이 약 600개 이상의 대규모 수소 관련 프로젝트를 발표했으며 2030년까지 약 500여개의 프로젝트가 부분적으로 완료될 예정이다. 아울러 2022년에 약 2,400억달러에 달하는 직접 투자가 이뤄졌다.

수소관련 사업에 투자가 활발히 일어나고 있는 지역은 유럽(76b$)과 북미(47b$)지역이며 관련 프로젝트 또한 유럽(64%)과 북미(28.8%)에서 다수 진행되고 있다. 각 프로젝트 분야 별로는 산업용 활용(49.1%)과 운송 등 모빌리티 활용(24.0%)과 관련된 프로젝트가 다수를 차지하며 수소활용 분야별 타당성 연구, 엔지니어링 디자인 및 실증 프로젝트 등이 진행되고 있다.

권역별로 살펴보면 북미는 셰일가스 부존량과 암염굴을 비롯해 세계 최고 수준의 탄소포집 및 연료전지 기술을 기반으로 블루수소 생산을 지향하는 하는 반면 유럽은 수소 중심의 모빌리티 산업 가치사슬을 사실상 완성해 가고 있다. 또한 동북아 3국과 호주는 상호 수소 생산과 수출 파트너 포지션을 취하고 있으며 남미는 풍부한 신재생에너지를 활용해 수소 생산단가를 낮추는 노력으로 그린수소 생산국을 목표로 하고 있다. 이밖에 중동과 아프리카는 원유 대신 신재생 에너지로 자원수출 다각화를 노리고 있으며 특히 ‘아부다비 수소동맹’ 주도로 블루수소와 암모니아 생산에 집중하고 있다.

전 세계에서 가동 중인 프로젝트를 살펴보면 지역별 천연자원 보유 현황이나 비교우위에 있는 기술 분야에 따라 수소추진 방향은 조금씩 상이하게 나타나는 모습이다.

이번 호에서는 최근 딜로이트 그룹이 발간한 ‘기후기술과 수소경제의 미래’를 바탕으로 세계 권역별 수소산업 추진 현황을 살펴봤다.

< 전 세계 권역별 메가와트 (Megawatt) 규모의 수소 프로젝트 >

북미, 블루수소 생산 기반 조성·수소모빌리티 확대 중

미국은 셰일가스와 천연가스 중심의 에너지 정책을 추진해 왔다. 그러나 2020년 바이든 행정부가 들어서면서 ‘그린뉴딜’로 불리는 대규모 에너지 및 전력망 인프라 투자예산(총 4조달러)이 의회를 통과하면서 수소경제에 적극적으로 뛰어드는 상황이다.

지난 2021년 8월 양당의 초당적인 합의안에는 총 5,500억달러 중 수소경제 관련 95억달러 2026년 까지 지원 내용이 포함되었으며, 미국 내 4개 지역 수소 허브 구축에 80억달러, 수전해 기술개발 및 상용화에 10억달러, 기타 클린수소 개발·생산·운송·보관 프로젝트에 5억달러를 책정한 바 있다. 민간 부문에서는 Plug Power(수소모빌리티용 연료전지/충전소/수전해 기술), Bloom Energy(SOFC 연료전지), Air Products(수소 생산 및 유통) 등의 미국 기업이 수소 관련 기술을 선도하고 있으며 공격적인 정부 투자와 민간 기업의 혁신적인 기술력에 힘입어 미국 주도의 글로벌 수소경제 환경 조성에 박차를 다하고 있다. 미국은 또한 2035년까지 전력부문의 100% 탄소 무배출, 2050 탄소중립목표를 담은 국가온실가스감축목표 수정안을 제시했으며 여기에는 인프라 계획과 연계하여 전기차 등 교통 인프라 투자, 기후변화 대응 분야 R&D에 대한 투자를 강화한다는 내용을 담았다. 특히 R&D 분야 중 에너지 저장, CCS, 수소, 첨단원자력, 희토류원소 분리, 부유식 해상 풍력, 양자컴퓨터, 전기차 등을 핵심 지원 대상에 포함시킨 바 있다.

미국은 풍부한 셰일가스 부존량과 수소 인프라로 전용될 수 있는 기존 파이프라인 인프라 그리고 CCS에 적합한 폐가스전 및 암염굴 등 블루수소 생산에 유리한 인프라를 보유하고 있다. 더불어 DOE(Department of Energy, 에너지 부) 주도로 연료전지를 포함한 수소 생산, 저장, 유통, 활용 부문의 기술개발을 통해 현재 5달러/㎏의 그린수소 생산 비용을 2달러/㎏ 이하로 줄이는 것을 목표로 하고 있다. 따라서 대규모 CCS 사업 추진하면서 그린수소의 경제성이 확보될 때까지 브릿지 기술로써 블루수소 생산에 많은 무게를 두고 있다.

이와 함께 캐나다 또한 그린수소 생산을 장기 목표로 잡고 단기적으로 블루수소 생산에 중점을 두고 있지만 각각의 생산 거점은 동시에 마련 중이다. 온타리오와 퀘벡은 그린수소 거점으로 브리티시 컴럼비아와 앨버타는 블루수소 생산 거점 조성을 골자로 한 계획이 진행 중이다.

공통적으로 양국은 차량연료로 사용되는 중동 석유 수입에 대한 의존도를 지속적으로 낮추기 위해 노력하고 있다. 아울러 풍부한 천연자원과 수송 인프라를 보유하고 수소저장 및 발전용 연료전지 분야에서 세계적인 경쟁력을 보유하고 있기 때문에 블루수소 생산기반 및 수소 클러스터 구축에 적극적인 상황이다. 특히 모빌리티와 산업 발전용 에너지 중심으로 수소 시장이 형성될 것으로 보이며 자국 내 가정용난방, 수소충전소, 연료전지기반 발전에 수소 소비와 동북아로의 수출이 예상된다.

EU, 강력한 규제 및 신재생E 기술 경쟁력 기반 수소경제 생태계 조성

최근 EU 집행위원회는 ‘Fit for 55’를 발표했다. 이는 2030년에 탄소국경제도(Carbon Border Adjustment Mechanism)를 도입하는 데 이어 2035년부터는 유럽 내 모든 신차의 탄소 배출량을 제로로 만들겠다는 ‘탄소 배출감축계획’을 포함하고 있다.

하지만 EU 회원국들이 이 제안을 수용하기까지는 상당한 진통이 예상된다. 또한 러시아와 우크라이나 간 전쟁으로 에너지 수급과 안보 문제는 독일을 비롯해 유럽지역의 여러 국가들에게 심각한 현안으로 부상했다.

최근 독일 정부는 2022년 12월까지 모두 폐쇄키로 했던 원전 중 마지막 남은 2기의 원자로를 2023년 4월까지 한시적으로 사용을 연장 가동하기로 했다. 비용 손실과 내부의 반대를 감수하고도 에너지 안보를 위해서 혹한기 4개월 동안 연장 운영키로 한 것이다. 이러한 극적인 전환이 유럽 전체로 하여금 에너지 안보 필요성과 더불어 수소 경제체제로의 이행을 한층 더 독려하게 만들고 있다.

유럽 각 국들은 신재생에너지 기술 경쟁력을 기반으로 산업 전 영역에 걸쳐 수소 경제 생태계를 조성 중에 있다. 먼저 독일은 재생에너지 정책과 연계해 그린수소의 확대 생산에 집중하고 있다. 2030년까지 5GW급, 2035년까지 10GW급 수전해 설비를 구축함으로써 그간 독일이 선도해 왔던 P2G(Power to Gas) 기술력을 지속적으로 발전시켜 나갈 계획이다.

또 독일 정부는 그린수소 생산에 사용되는 전력에 대한 세금 및 부과금 면제 방안 또한 검토 중에 있으며 수소 자체생산 외에도 북아프리카, 중동, 호주 등으로부터 수소를 안정적으로 수입하기 위한 전략 또한 면밀히 검토하고 있다고 밝혔다. 예를 들어 20억유로를 투자하여 아프리카 모로코에 수소산업단지를 건설하고 모로코의 풍력과 태양광으로 그린수소를 안정적으로 공급받는다는 계획이다. 아울러 민간 부문에서 아우디는 가스 그리드로 활용하기 위한 프로젝트로 메탄가스(수전해 수소 + CO₂) 공급 실증단지를 이미 2016년에 구축을 완료했다. 정부는 이를 활용해 내수시장 구축을 통해 기술 주도권을 확보하고 미래 수요에 대응해 그린 수소를 안정적으로 수입할 계획이다.

더불어 수소 생산용 재생에너지에 부과되는 세금을 면제해 이를 수전해 시설 설치 및 해상풍력을 활용한 수소 생산설비 투자를 할 수 있도록 정부 차원의 인센티브 유인책 또한 활발히 진행하고 있는 모습이다.

독일 정부는 전기 사용이 어려운 모빌리티 분야(항공, 해운 등)에서 수소 수요 확대 정책을 펼칠 예정이며 수소차 상용화를 위해 2020년에는 수소충전소 100개소 건설을 완료했고 매년 평균 10~15개소 충전소를 지속적으로 추가해 나간다는 방침이다. 2030년까지는 수소차 180만대, 수소충전소 1,000개소를 목표로 정부 예산을 투입하고 있다.

이밖에도 2GW 규모의 수소 생산과 독일 내 1,700㎞에 달하는 수소 파이프라인 구축으로 수소 운송 그리고 수소차, 수소트럭, 수소화물차, 수소기차를 비롯한 모빌리티 그리고 시멘트, 메탄올 산업에의 수소 활용 계획이 추진 중이다. 특히 독일 OEM 3사(Mercedes-Benz Group, BMW, Volkswagen)들 역시 수소연료전지를 탑재한 중대형 수소트럭의 실증을 마친 상태이다. 사실상 독일은 수소경제를 주도할 수 있는 자국 내 수소 가치사슬을 완성해 나가고 있다.

네덜란드는 지정학적으로 북해에서 생산되는 신재생에너지가 유럽대륙으로 확산되는 관문에 위치하고 있다. 이에 다수의 수전해 플랜트를 건설함으로써 수소 생산 역량을 충분히 확보하고 있다. 네덜란드북부 지역은 풍력, 태양광, 바이오매스가 풍부하다. 북서부 지역은 풍력 중심의 그린수소 밸리가 자리 잡고 있고 중부지역은 수소 부품, 장비 기술 클러스터가 그리고 서남부 지역은 석유화학공단이 조성돼 있어 국가 전체가 그린수소 생산, 유통기지로서 발돋움할 수 있는 조건을 갖추고 있다. 네덜란드 정부는 북해 해상에서 생성된 전력을 네덜란드 북부 수전해 플랜트를 통해 독일, 프랑스 등으로 확산하는 것을 목표로 하고 있다.

이어 프랑스는 신재생 발전 설비를 통해 그린 수소를 생산해 산업 분야 및 모빌리티의 탈탄소화에 주력하고 있다. 2024년 수소의 상업 생산을 목표로 40㎿급의 그린수소 생산 설비 구축 중에 있으며 이를 통해 하루 생산 5톤의 그린수소를 공급하고 향후 15톤까지 증가시킬 계획이다.

프랑스 정부는 노르망디 공업지대에 200㎿급 수전해 기반의 그린수소 생산과 공급설비 구축을 계획하고 있다. 특히 디젤기차를 수소연료로 대체하기 위해 알스톰사가 제작하고 하이드로제닉스사의 연료전지가 탑재되는 수소열차인 코라디아 아이린트는 독일, 네덜란드, 폴란드에 이어 부르고뉴-프랑슈-콩테 지역에서 당장 내년 2023년부터 운행될 예정이다. 또한 발라드파워시스템즈와 유럽기업들은 컨소지엄으로 Flagships project도 진행하고 있다. 이 프로젝트는 2023년 수소화물선을 센(Seine)강 구간에 취항시킬 계획이다.

이처럼 프랑스는 정부와 기업이 수소 투자에 전력투구하고 있으며 이러한 기조에 발맞춰 프랑스 기업과 해외 파트너사의 협력 시너지도 강화되고 있어 빠르게 수소 생태계가 확대되고 있는 중이다.

영국은 탈석탄 정책과 더불어 신재생에너지로 전력 생산 구조를 빠르게 전환하고 있다. 그 결과 2020년 전체 전력 생산의 50%를 신재생에너지로 공급했으며 수소경제 촉진을 위한 노력도 병행하고 있다. 특히 영국 정부는 풍력기반의 그린수소 생산과 블루수소 확대를 병행하고 있고 가정용 난방과 수소열차 개발에 주력하고 있다.

대표적으로 부유식 풍력발전 전력으로 해수를 담수화하고 이를 수전해해 수소를 생산하는 사업과 해상 풍력단지 내 수소 생산설비를 증설했다. 또한 영국은 1GW급의 블루수소 생산 클러스터를 조성 중에 있으며 이는 향후 북해 아래 지역에 있는 저장장치로 보내져 난방에 활용될 예정이다. 아울러 영국 최초의 수소열차 프로젝트인 하이드로플렉스 도입, 애버딘 및 리버풀의 수소버스 도입, 2024년까지 라이트버스(Wrightbus) 중심의 수소버스 3,000대 공급 계획 등 수소 활용 확대를 위한 다양한 시도가 진행되고 있다.

이와 같이 유럽은 EU의 강력한 규제와 '러우 전쟁'으로 에너지 전환 필요성과 안보의 중요성이 높아진 상황이다. 이에 유럽은 풍부한 신재생 에너지원과 기술경쟁력을 기반으로 이 상황을 타개하려고 하고 있다. 사실 유럽은 이미 오래전부터 탈탄소와 친환경기술을 기반으로 한 온실가스 문제해결 가능성에 주목해 왔다. 예컨대 풍부한 신재생에너지의 잉여전력을 이용해 수소를 생산하는 P2G 등 다양한 실증 등을 진행하면서, 기존의 가스 그리드를 통해

수소를 운송하기 위한 기술 시도도 추진해 왔다. 그리고 현재 블루와 그린 수소 생산 거점을 조성하고 기존 천연가스 등의 에너지 수송 인프라를 활용하여 산업단지와 모빌리티에 수소를 공급하는 수소경제 가치 사슬을 완성해 나가고 있다.

중동·북아프리카, 산유국에서 신재생E 수출국 지향

중동 및 북아프리카는 권역 내 수소 수요는 크지 않으며 생산량 대부분을 역외로 공급하는 데 주력하고 있다. 아시아·태평양 지역과 유럽 지역의 연결고리로 잉여 수소를 활용해 에너지공급 허브라는 지위를 획득할 수 있다. 특히 사우디아라비아, UAE, 모로코 등이 수소산업에 적극적인 모습을 보이고 있다.

모로코는 유럽 대비 가격 경쟁력을 확보할 가능성이 높아 전환 및 운송비용을 고려하더라도 유럽으로 운송되는 역외 수소의 상당 부분을 담당할 수 있을 것으로 예상된다. 또 사우디아라비아는 ‘Vision 2030’을 통해 석유에 대한 경제 의존도를 낮추고 전체 전기 생산의 30%를 신재생에너지로 대체한다는 목표를 수립하고 신재생에너지원 수출 허브로서의 입지를 굳히고자 노력하고 있다. 무엇보다 사우디아라비아는 태양광·풍력발전을 통한 그린수소 생산에 상당히 유리한 조건을 가지고 있어 경제성 있는 그린수소(2030년 생산비용,1.5~1.8달러/㎏ 수준) 생산이 가능할 것으로 전망되고 있다.

UAE는 현재 전력 생산의 대부분을 천연가스에 의존하고 있으나 2050년까지 발전량의 44%를 신재생에너지로 충당하겠다는 목표를 수립했다. 이를 위해 국부펀드 무바달라(Mubadala), 아부다비 개발지주사ADQ 국영석유기업 ADNOC는 ‘아부다비수소동맹’을 맺고 있다. 특히 무바달라는 독일 지멘스와 함께 탄소제로 신도시로 건설 중인 마스다르시티에 그린수소 시범 공장을 건설할 계획이다. 또한 ADNOC는 루와이스(Ruwais)지역의 타지즈(TA’ZIZ)산업 서비스 구역에 블루 암모니아 생산을 위한 중동 최초의 상업용 CCUS 건설을 추진 중이다. 최근에는 일본 이토추에 비료용 블루 암모니아를 수출하기도 했다.

이처럼 중동국가 중 수소 산업에 적극적인 사우디아라비아와 UAE는 원유가 아닌 신재생 에너지로 자원 수출 다각화를 추진하고 있으며 수소동맹 주도로 블루수소 및 암모니아 생산과 추출에 주력하고 있다.

이와 함께 남미는 블루수소 및 그린수소의 새로운 공급처가 될 가능성이 크다. 이는 천연가스 자원과 신재생에너지의 잠재력이 어떤 권역보다도 높기 때문이다. 현재는 높은 생산 비용으로 생산성이 확보되지 않았지만 남미 국가정부의 정책적인 지원에 힘입어 세계 글로벌 기업들의 투자가 시작됐다. 만약 수소 적용 기술이 실증되고 상용화에 성공한다면 남미는 수소경제에 있어 또 다른 기회의 땅이 될 것으로 전망되고 있다.

이 지역에서 그린 수소 생산과 공급망을 구축에 집중하는 국가는 브라질과 칠레를 들 수 있다. 브라질은 2025년 연간 4.3GW급 수소를 생산하는 단지를 구축하는 것을 목표로 호주와 싱가포르 합작사인 에네직스 에너지사가 브라질 북동부 해안의 항구 인프라를 기반으로 그린수소 허브 개발 사업을 추진하는 중이다. 액상유기수소화물(LOHC) 형태로 미국 동해안으로는 8일 이내에, 유럽 북부로는 9일 이내에 도착하게 하는 것을 목표로 하고 있다.

칠레는 최근 2030년까지 전체 에너지 생산량을 70%를 신재생에너지로 공급하고 2040년까지 석탄화력발전을 전면 폐쇄하며 2050년까지 전체 에너지 수요량의 20%를 수소로 공급할 것을 목표하는 ‘그린수소 국가전략’을 발표했다. 2025년에는 5GW 규모의 그린수소 에너지 발전을 시작할 계획이며 이를 통해 연간 20만톤의 수소가 생산될 것으로 예상된다.

이처럼 현재 남미는 풍부한 신재생 에너지원을 기반으로 북미와 유럽의 수소시장의 공급국이 되기 위한 준비 중이다.

호주, 풍부한 신재생E 경쟁력 통한 아시아에 수소 수출 추진

세계 최대 LNG 수출국이자 석탄 수출국인 호주는 풍부한 광물 자원을 바탕으로 자국 내 수소 소비는 물론 해외 수출을 동시에 추진 중에 있다. 특히 수소 대량 생산이 용이하고 블루수소 생산에 용이한 다수의 CCS 후보지를 보유하고 있어 전문가들은 향후 아시아 태평양 역내에서 수소생산 허브 역할을 할 것으로 전망하고 있다.

우선 호주는 탄소포집기술을 활용한 친환경 수소를 대량으로 생산하는 것을 목표로 2030년까지 수소 생산비용을 1㎏ 당 1.39달러 수준으로 낮추는 목표를 설정하고 탄소포집·활용·저장(CCUS)기술개발에 약 3.5억달러를 투자한 바 있다. 특히 호주는 중앙정부와 지방정부가 국가에서 마련한 수소에너지 전략을 바탕으로 지역별 여건을 고려한 수소의 생산 및 공급 전략을 취하고 있다. 또한 수소산업의 발전을 위해 불필요한 규제를 제거하고 수소와 관련된 법령 정비를 지속적으로 모니터링하고 있으며 자국 내에서 생산된 수소를 ‘수소허브’로 운송한 후 사용처에 공급하거나 해외로 수출하는 방안을 모색 중에 있다. 호주의 수소 생산 전략에서 가장 중요한 부분을 차지하고 있는 부분은 재생에너지에서 생산된 전력을 활용해 전기화학적 방식의 물분해로 생산하는 그린수소의 공급이다. 재생에너지를 이용한 그린수소의 생산은 CO₂를 배출하지 않지만 높은 생산 단가, 안정적 재생에너지 공급을 위한 인프라 확충, 재생에너지 시설에 대한 접근성 확보, 고도화된 수전해 기술 확보 등이 핵심 과제로 남아 있다.

현재 대규모 ESS와 VPP의 활발한 도입으로 그리드의 안정성과 효율성을 보완해 풍력·태양광을 활용한 그린수소 생산 기반이 마련됐다. 또한 2024년 그린수소 상업 생산을 목표로 GEAP 프로젝트(Gladstone Energy and Ammonia Project)가 추진되고 있다. 더불어 26GW급 그린수소 생산 및 수출 프로젝트인 아시아 재생에너지 허브(Asian Renewable Energy Hub)를 비롯해 보니톤 항구와 인근 화이앨라 지역에 75㎿ 수전해 및 연 생산 4만톤 규모의 그린 암모니아 플랜트를 연계 구축하는 H2U 에어 페닌슐라 게이트웨이(H2U Eyre Peninsula Gateway)프로젝트도 진행하고 있다. 이를 통해 호주는 2040년까지 200GW 규모의 초대형 재생에너지 시설을 구축하고 수소 수출에 나설 태세를 마친 상태이다.

더불어 호주는 자국의 풍부한 천연가스, 석탄, 석유 등의 화석연료에서 가스를 추출하고 수소를 생산하는 방식으로 CO2를 저장할 수 있는 CCS와 결합해 블루수소 또한 생산이 가능한데 호주는 이러한 방식으로 수소를 생산하기 위해 스팀메탄개질(SMR), 석탄가스화(Coal Gasification), CCS와 관련된 기술개발에 정책적인 지원을 집중하고 있다.

호주는 2050년까지 전체 수소 생산량의 75% 수출과 동시에 對아시아 3대 수출국 달성을 위해 공급망 구축을 위한 국가간 양자협력을 적극적으로 추진하고 있다. 갈탄을 활용해 생산되는 수소를 일본으로 운송하는 Hydrogen Energy Supply Chain(HESC) 프로젝트가 추진 중에 있고 2020년에는 호주 연방 과학산업연구기구(CSIRO)와 한국 현대차를 비롯한 현지 철강 생산 기업과 MOU를 체결하고 생산된 수소를 액상 암모니아를 활용해 수송하는 기술개발을 추진 중에 있다. 한편 호주 재생에너지청(ARENA)이 발표한 ‘호주의 수소 수출기회 보고서’에 따르면 한국, 중국, 일본, 싱가포르를 호주의 주요 수소 수출국으로 선정하며 아시아-태평양 지역 내 수소의 생산은 물론 저장과 운송에 대한 중장기적 관점에서 전략적으로 접근하고 있는 것을 알 수 있다.

이밖에도 호주는 지역정부를 중심으로 수소 모빌리티 인프라 구축 및 이용이 확산되고 있다. 뉴사우스웨일스 주는 시드니 도심 내 수소버스 시범운행 서비스를 시행 중이고 빅토리아 주에서는 ‘Zero Emission Vehicle(ZEV) 로드맵’을 통해 수소 모빌리티 시장 활성화를 위한 1억호주달러를 투자한다는 골자의 내용을 발표했는데 이 중 가정 및 상업용 ZEV 구매를 위한 지원금이 30% 이상을 차지하며 수소차 구매에 대한 인센티브 확대 역시 꾀하고 있다.

한·중·일 동북아 3국, 정부 주도의 공격적 수소산업 육성

동북아 3국 중 우선 중국은 석탄 에너지공급량이 가장 높은 국가 중 하나로 발전 및 산업 부문의 탄소 배출량이 상대적으로 매우 높다. 저탄소에너지원별 발전 부문에서는 수력이 가장 높으며 최근 원자력 및 풍력 발전량이 증가하는 추세를 보이고는 있지만 최근 수소경제 활성화를 위한 정부 차원의 지원 또한 기하급수적으로 늘고 있다.

중국은 정부 차원의 강력한 수소산업 육성 정책과 함께 탄소중립을 선언하며 그린 수소의 생산 비중을 2030년에 17%, 2040년에 50%, 2050년에 80%까지 확대를 목표로 하고 있다. 특히 2021년 발표한 14차 경제개발 5차 계획(2021~2025)을 통해 2025년까지 수소 등 비

화석연료 소비 비중을 20%까지 확대한다는 목표를 수립했다. 이와 같은 목표 달성을 위해 광둥성, 간쑤성 등 23곳의 지방정부 차원에서 수소에너지 클러스터를 구축하는 등 중앙과 지방정부 차원의 수소연료전지 및 수소에너지 산업 발전에 심혈을 기울이고 있다.

수요 측면에 있어서는 최근 2년간 연평균 60% 이상 급성장한 FCEV(수소 전기차, Fuel Cell Electric Vehicle)를 비롯해 암모니아 생산 및 발전부문에서 수소의 활용도가 증가된 점이 주목된다. 2050년에는 수소 생산 암모니아의 비중이 전체 암모니아 생산량의 30% 수준에 수소 발전량은 최종 소비 전력량의 12% 수준에 도달할 것으로 예상된다.

중국은 잠재적으로 세계 최대 수소차 시장으로 손꼽히고 있어 버스, 트럭, 지게차 등 상용차를 중심으로 국내 보급 확대를 목표로 하고 있다. 중국 중앙정부는 2030년까지 수소차 100만대, 수소충전소 1,000개소를 목표로 하고 있으며 지역 특색에 맞춘 시 단위 지원 정책을 통해 효율성을 높이는 데 주력하고 있다.

하지만 최근 들어 중국에서 수소차(FCEV) 산업이 빠른 성장세를 보이고는 있지만, 중국의 수소차 생산 및 판매량은 COVID-19 영향, 수소차 시범지역 초기 참여 민간기업의 부재 등으로 인해 저조한 성과를 보이고 있는 것으로 파악된다.

한편 중국은 최근 수소연료, 수소충전소, 수소자동차, 연료전지 등에 글로벌 기업의 투자가 급증하고 있다. 이미 광둥성에 연료전지 스택 생산라인을 구축한 발라드파워와 연료전지 합작법인을 설립한 보쉬 및 토요타를 비롯해 세레스파워, SFC에너지, 네드스택 등 글로벌 연료전지 기업의 중국 연료전지 산업으로의 진출이 쇄도하고 있다.

일본은 일찍이 수소에너지를 국가 경제의 성장엔진으로 삼았다. 일본 정부는 2011년 발생한 후쿠시마 원전사고 이후 자립형 에너지 공급시스템을 구축한다는 목표 아래 수소경제 활성화를 위해 상대적으로 발 빠른 행보를 보이고 있다.

특히 일본의 에너지 공급은 우리나라와 마찬가지로 해외 수입에 크게 의존하고 있어 향후 안정적인 수소 공급을 위한 국제 수입 공급망 구축을 위해 많은 노력을 기울이고 있는 것이 특징이다. 일본은 2014년 ‘신에너지기본계획’을 첫 시작으로 2017년에는 ‘수소 기본 전략’, 지난 2020년 ‘수소연료전지로드맵’을 차례로 발표하며 수소경제 선도를 위한 정부 차원의 노력이 더해지고 있다.

일본은 해외 의존적인 에너지원에 대한 선제적인 대응의 일환으로 저비용 수소 조달 및 공급을 위한 해외 자원 활용과 자국내그린수소생산역량강화전략을병행하고 있다. 2014년발표된 ‘수소연료전지전략로드맵’은 2040년까지 수소경제 실현을 위한 단계별 목표와 과제를 설정하고 있고 수소사회로 본격적인 진입을 예상한 2단계는 수소발전과 대규모 수소 공급시스템 인프라를 구축하는데 중점을 두고 있다. 또한 수소를 대량으로 공급할 수 있는 호주 등의 국가들과 전략적 협력관계를 통해 안정적인 글로벌 공급 구축망을 짜는 데 집중했다.

일본은 2014년 로드맵 발표 이후 산업 및 정책적 환경 변화 등을 새로 반영해 주요 기술개발, 수소 단가, 구체적 실행 계획 등이 담긴 ‘수소연료전지전략로드맵’ 을 2019년에 재발표하게 된다. 새로운 로드맵에서는 수소의 생산 등에 대한 기술개발 분야의 실행계획을 구체화한 것이 특징이다. 아울러 수소공급을 연간 200만톤 수준에서 2030년까지 연 300만 톤 수준으로 높이고 그린수소를 생산하는 수전해 기술에 대한 정부 지원 내용 또한 포함됐다.

일본은 정부 차원의 기술개발 투자 등을 통해 액체수소 비용 절감에 집중하고 있다. 액체수소 비용 절감은 궁극적으로 일본의 글로벌 수소 밸류체인 구축에 가장 큰 역할을 하게 될 것으로 보이는데 일본의 J파워, 가와사키중공업, 이와타니, 쉘 재팬 등으로 구성된 수소에너지공급망기술연구협회(HySTRA)는 호주 빅토리아주에서 추출 및 액화된 수소를 일본 고베 시로 운송, 저장할 수 있는 액체 수소 공급망을 구축한 바 있다. 더불어 일본 대기업 4개사(치요다화공건설, 미쓰비시 그룹, 미쓰이 그룹, 닛폰유센)로 구성된 고등 수소에너지 체인기술개발협회(AHEAD)는 브루나이 LNG플랜트에서 뿜어져 나온 가스로부터 추출한 수소를 액상수소 형태로 운송하는 공급망 구축을 실증 추진 중에 있다.

이밖에도 사우디 아람코와 함께 탈탄소화 암모니아 생산 타당성조사를 위한 양해각서를 지난 2019년 7월에 체결하고 러시아 Rosatom Overseas와도 수소 생산 및 수출입 관련 공동연구에 착수한 바 있다. 이처럼 일본의 글로벌 수소공급은 정부 차원의 지원과 더불어 일본 민간 기업들이 핵심적인 역할을 수행하고 있는 점이 눈에 띈다.

일본은 2014년 발표한 ‘수소연료전지전략로드맵’에서 수소에너지 사회 전환을 위한 1단계 조치로 수소 이용 활성화를 위한 인프라 구축에 중점을 뒀다. 2020년까지 수소차 보급을 확대하고 수소 충전 인프라에 대한 투자를 확대해 수소경제 기반의 틀을 마련했다. 또한 미활용되는 다양한 자원(부생 수소, 폐플라스틱, 재생에너지 등)을 저탄소 수소의 공급원으로 활용할 계획을 수립했고 지역 내 수소 공급망 구축을 위해 진행 중인 실증사업들의 결과를 종합해 지역 특성에 따라 수소 공급망 및 활용 방안을 제시할 계획에 있다. 특히 일본은 전 세계에서 가장 많은 수소충전소를 보유 중으로 수소전기차 시장은 2030년까지 2020년 대비 100배 이상 성장할 것으로 전망하고 있다. 뿐만 아니라 탄소배출이 비교적 적은 암모니아 발전시장 규모가 2035년까지 약 5억8,000만달러에 이를 전망이며 암모니아 생산을 위한 수소 소비 또한 지속적으로 증가할 것으로 전망되고 있다.

한편 일본 문부과학성 및 경제산업성을 중심으로 다양한 연구개발 프로그램이 추진되고 있는데 탄소 무배출 항공기, 해상풍력, 태양광, 수소, 카본리사이클, 암모니아 등의 기술개발 지원을 위해 2조원 규모의 ‘그린이노베이션기금’을 신설하고 민관협력 강화를 꾀하고 있다.

끝으로 우리 정부는 2019년 1월 수소경제 로드맵을 발표한 이후 2021년 2월 세계 최초로 수소법을 시행하며 수소기술생태계 발전을 위한 근간을 마련했다. 또한 민간에서는 현대자동차, SK, 포스코, 한화, 효성 등은 지난해 수소 생산과 유통, 저장 등의 분야에 2030년까지 43조4,000억 원을 투자하겠다고 밝히며 수소기술 생태계 발전을 위해 박차를 가하고 있다.

하지만 현재 한국의 수소 기술 및 산업 경쟁력은 수소차와 연료전지 분야 등 일부 활용 영역을 제외하고는 원천기술력이 미흡한 실정이다. 실제로 핵심 소재 부품의 수입의존도가 높아 기술 발전 단계상 시제품 생산 단계에 있는 것으로 평가되고 있다. 수소 생산에 있어서는 현재 국내에서는 소형 수소생산 시스템 상용화와 기술개발이 진행 중이고 대형 수소생산시스템은 해외기술에 의존하고 있다. 수전해 기술은 원천기술이 개발 중인 상태로서 선진국을 추격하는 단계로 상용화까지의 수소 생산 기술은 상당히 지연된 상태이다. 수소 저장 및 운송은 선도국과의 격차가 더욱 큰 상황이다.

LH2(액화수소)기술은 원천기술을 확보하는 단계의 수준이고 LOHC(액상 유기 수소 운반체)

기술은 현재 유럽, 일본 수소경제 선도국들이 확보하고 있는 것으로 평가되는 만큼 수소 저장용기 및 수소액화 등 상태 변환 기술 등에 있어서 상당한 격차를 보이고 있다. 활용에 있어서는 수소차를 제외하면 다른 모빌리티의 응용 개발에는 뒤처져 있는 것이 현실이다.

또 수소열차는 해외 부품 도입을 기반으로 시제열차를 제작 중인 상태이며 암모니아 추진선은 2025년에 상용화할 것으로 예상된다. 수소운반선은 기본인증서 획득 단계이며 수소충전소의 구축 시 국산화율은 40%에 머무는 수준이다. 아울러 연료전지는 양산 기술은 우수하지만 스택, 전극, 촉매, 전해질 등 핵심 부품은 해외에 의존하고 있는 상황이며 SOFC(고체 산화물 연료전지)도 원천기술이 절실한 분야 중 하나이다. 국내 민간부분에서도 기업 대부분이 수소 활용 부문에 집중돼 있어 수소 가치사슬 전반의 균형적인 발전은 주변국에 비해 뒤쳐진 상황으로 평가받고 있다.

동북아 3국은 수소경제 로드맵을 구축해 체계적인 정책을 일관되게 추진 중에 있다. 특히 중국은 정부의 공격적인 수소산업 육성 정책을 펴고 있으며 글로벌 기업들의 중국 진출이 가속화되고 있다. 일본은 수소를 차세대 성장산업으로 보고 모빌리티 부문을 필두로 다양한 영역으로 확대하고 있으며 취약한 생산 역량 보완을 위해 해외 국가와 전략적 협업을 추진하고 있다.

수소경제 선도할 새로운 전략 필요

한국은 독일이나 유럽과 같이 재생에너지의 값싼 잉여전력을 활용하기에는 풍력, 태양광 등 재생에너지의 보급이 아직 충분하지 않은 상황이다. 중국과 같이 대규모 생산 클러스와 수요기반을 갖출 수도 없으며 일본과 같이 글로벌 수소 공급망과 기술력도 없다.

이에 전문가들은 한국은 우리의 상황에 적합한 생산방식으로 수소경제에 대비해야 한다고 입을 모으고 있다. 특히 한국은 경쟁력을 보유하고 있는 분야를 활용해야 함은 물론 정유, 석유화학 공정에서 제조되는 수소 뿐 만 아니라 유기 폐기물 분해, 암모니아, DME를 활용하는 방식 등 보다 다양한 수소 제조 방안들을 고려해야 한다는 것이 전문가들의 의견이다. 무엇보다 가격 경쟁력을 갖춘 수소 생산 기술력을 갖추고 미래 수소경제를 선도할 새로운 전략이 필요한 시점이다.