전 세계적으로 수소시장이 확대되고 있는 가운데 오는 2030년 수소 수요가 1억5,000만톤에 이를 것이란 전망이 나온 가운데 앞으로 우리나라가 청정수소 시장을 선점하기 위해서는 생산·인프라·활용 등 다양한 지원정책이 추진돼야한다는 주장이 제기됐다.

에너지경제연구원 김기환 연구위원은 최근 ‘국내외 청정수소 시장 현황과 전망’을 통해 이같이 밝히고 향후 국가별 설정된 목표와 이를 사용하게 될 수요 부문의 차이가 아직은 큰 상황이라고 설명했다. 이에 세계 각국은 이 간극을 줄이기 위해 청정수소 생산·유통비용을 저감하는 정책에서 나아가 추가적인 수요를 창출하는 정책이 도입되고 있는 추세이다. 국내는 수요 부문인 발전시장을 중심으로 청정수소 사용이 확대될 예정이며 이를 수송 부문과 산업 부문에 점차 확대시킬 예정이다.

청정수소, 전체 수소생산 중 0.7%(67만톤) 불과

2030년 수송·전력 부문 등 청정수소 40% 공급 예상

전 세계적으로 수소는 주로 정유 부문과 산업 부문에서 사용되고 있고 이는 거의 대부분 화석 연료 기반으로 한 수소생산을 통해 공급되고 있다.

전 세계 수소 시장의 수요량은 2022년 기준 약 9,500만톤으로 그 중 정유 부문의 수소 사용량은 4,100만톤(43.1%)을 차지하며 북미와 중동을 중심으로 2018년 이후 최대치를 기록했다. 정유 부문에서 사용되는 수소의 약 80%는 정유공장에서 직접 생산되고 이 중 약 55%가 전용 수소 생산, 나머지 45%는 공정에서 부산물로 생산되는 부생수소로 공급되고 1% 미만의 수소가 청정수소로 공급되고 있다.

이와 함께 산업 부문에서는 약 5,300만톤(55.8%)의 수소가 사용되고 있으며 이 중 약 60%가 암모니아용, 30%는 메탄올 생산용, 10%는 철 및 철강 하위 부문의 DRI 공정 사용으로 분류된다.

이처럼 현재 수소 수요에 맞춰 99.9%가 화석연료 기반 수소로 공급되고 있다. IEA(국제에너지기구)에 따르면 2022년 기준 전 세계 수소 생산량 9,500만톤 중 62%는 천연가스 기반, 21%는 석탄 기반, 16%는 화학∙정유공정에 따른 화석연료 기반 수소가 생산된 것으로 분석됐다. 청정수소는 크게 기존 화석연료 기반 수소 중 이산화탄소 포집과 저장을 통해 배출량을 저감한 수소와 재생전기 등을 사용, 물 분해를 통해 생산되는 수전해 수소로 나뉜다. 현재 청정수소는 전체 수소 생산 중 0.7%만 생산, 약 67만톤 수준에 불과하고 이 중 수전해 수소는 약 9만5,000톤이 생산된 것으로 집계됐다.

앞으로는 2030년의 수소 수요는 약 1억5,000만톤으로 늘어날 것으로 전망되고 있고 이 중 40%가 정유 부문처럼 전통 수소 활용 부문이 아닌 수송 부문이나 전력 부문 등의 신규 부문에서 청정수소가 공급될 것으로 전망되고 있다.

청정수소 생산설비 ‘수전해 시장’ 확대

2030년 청정수소 수요량 약 1,400만톤 예상

현재까지 수전해 수소의 생산량이 미미하기 때문에 물 분해를 통해 청정수소를 생산하는 설비인 수전해기 시장도 아직 초기 단계이고 수전해 설비가 실제로 대량으로 보급되고 있는 상황은 아니다.

IEA에 따르면 2022년까지 수전해기는 누적 기준으로 700㎿가 보급됐으며 이 중 알칼라인(ALK) 수전해기가 2022년 말까지 설치된 용량의 60%를 차지했고 PEM 타입 수전해기는 30%를 차지했다. 아울러 고체산화물 수전해(SOEC) 설비는 기 설치된 전체 수전해 설비의 1% 미만을 차지하고 있다.

이처럼 아직 미미한 수전해기 보급에 반해 청정수소 시장의 확대와 이에 따른 시장 선점을 위해 관련 기술을 선점한 선도기업들은 수전해기 제조 설비를 확대하고 있다.

BENF(블룸버그뉴에너지파이낸스)는 전체 수전해 공급 가능 제조 설비는 2023년의 33.5GW 대비 2024년 52.6GW로 크게 증가할 것으로 예상하고 있다. 또한 실질적인 수전해기 보급(shipment)도 2023년 1.7GW~2.1GW에서 2024년에는 3.6GW~5.0GW로 증가할 것으로 예상하고 있어 2~3년 안에 수전해 시장 확대와 청정수소 생산량이 증가할 것으로 전망되고 있다.

청정수소는 기존 화석연료 기반 수소 대비 더 높은 비용으로 생산된다. 이는 청정수소를 생산하는데 기존 화석연료 기반으로 생산되는 수소에 이산화탄소 포집-운송-저장 설비를 추가로 설치하는데 비용이 들기 때문이다. 특히 수전해기 시장이 아직 초기 단계로 수전해기의 비용도 높은 수준이고 안정적인 기술 구현을 통해 안정적으로 대량의 수소를 생산하기 위해서는 시간이 더욱 필요할 수밖에 없다.

이러한 청정수소의 높은 생산 비용을 낮추기 위해서는 추가적인 기술 개발에 따른 효율 증대, 제조 설비의 상용화 및 대형화를 통한 비용 저감 노력 등이 과제로 남아있다. 따라서 정책적으로 설정된 공급 목표 대비 수요처인 화학산업, 철강산업, 정유산업에서는 이러한 청정수소 사용에 대한 비용과 이익을 저울질하며 시장에 참여하고 있지만 정책적으로 설정된 공급 목표와 수요 사이에 간극은 아직 큰 상황이다.

전 세계적으로 청정수소 공급은 정부 목표치로 약 2,700만톤에서 3,500만톤의 공급 목표를 설정하고 있고 현재 프로젝트 기반으로 분석된 자료로도 이러한 공급 목표에 부합할 것으로 분석되고 있다. 하지만 각국 정부에서 설정한 청정수소 수요량은 2030년 약 1,400만톤으로 공급 목표 대비 수요가 훨씬 부족하다. 이러한 간극은 앞으로의 청정수소 생산 프로젝트가 실제로 사업화되는 과정에 영향을 미칠 수 있다. 현재는 발표된 프로젝트 중 약 4%만이 투자 결정이 이뤄진 후 추진되고 있다.

전력 부문, 청정수소 사용 확대 예상

암모니아·수소 혼입 통한 온실가스 저감

기존 정유산업과 화학산업, 철강산업 외 신규로 청정수소 사용이 기대되는 대표적인 부문은 전력 부문으로 볼 수 있다. 화석연료인 석탄과 천연가스를 연료로 투입해 전기를 생산하는 기존 발전기에 청정 암모니아와 수소를 혼합해 투입함으로써 온실가스 저감을 꾀하기 때문에 향후 전력 부문의 청정수소 사용은 확대될 전망이다.

국내에서는 올해부터 청정수소 입찰시장을 개장해 2027년도 청정수소-암모니아 발전에서 청정수소와 청정암모니아를 활용해 발전 부문의 온실가스 저감을 진행할 계획이다. 이와 유사하게 일본 정부에서도 지난 2021년 10월 발표한 ‘제6차 에너지기본계획’에서 2030년까지 수소·암모니아 발전목표를 1%로 제시한 바 있다. 특히 지난해 6월 개정한 ‘수소기본전략’에서는 2030년까지 대형가스터빈에서 수소 혼소 30%, 석탄화력발전소에서 암모니아 혼소 50%라는 구체적 목표를 제시했고 저탄소 발전기술의 용량을 확보하기 위한 경쟁입찰 실시 계획을 발표하기도 했다.

한국과 일본 외에도 전력시장에서 청정수소 활용 계획을 발표하는 국가는 늘어나는 추세이다. 베트남도 ‘제8차 전력개발마스터플랜(PDP8: Power Development Master Plan VIII)’을 통해 2050년까지 전체 용량의 4.5~5%인 23~28GW의 수소발전 용량 목표를 설정했다. 또한 미국의 환경보호청(EPA)도 2023년 LNG터빈 온실가스 배출 기준을 제안했으며 2032년까지 LNG터빈 수소혼소를 30%로 제시했다. 멕시코는 2023~2037 기간의 국가전력시스템개발프로그램에서 2036년까지 LNG터빈의 수소혼소 비중을 30%까지 확대하는 목표를 제시했고 1,024㎿ 용량의 가스터빈을 수소혼소가 가능한 시설로 전환하도록 지원할 예정이다.

이밖에 독일의 경우 발전용량이 10㎿이상인 신규 열병합발전소가 수소 활용이 가능하도록 전환할 것을 요구하고 전환비용이 신규 발전소 건설비용의 10%를 초과하지 않도록 하고 있다.

청정수소 생산·인프라·활용 부문 정책 다양화 필요

이러한 청정수소 공급과 수요 간극을 채우기 위해 각국은 다양한 방식으로 지원 방안을 제시하고 있다.

우선 청정수소 생산 비용을 낮추고 이를 합리적인 가격으로 유통 저장하기 위한 인프라 구축 지원 정책이 추진되고 있다. 특히 미국의 경우 인플레이션 감축법과 인프라 일자리법을 적용하고 있다. 인플레이션 감축법은 생산 비용 중 일부를 새액공제를 통해 보전해 생산비용을 낮추고 인프라 일자리법을 통해 청정수소지역허브를 구축, 수소 생산·활용까지의 인프라를 구축하는데 재정을 지원하고 있는 것이다. 또한 EU에서는 수소은행 설립을 통해 청정수소 생산에 필요한 재원을 조달, 수전해수소 생산을 지원하며 IPCEI나 PCI와 같이 인프라 구축에 드는 비용을 재정을 통해 분담해 초기 투자를 촉진하고 있다.

이와 함께 호주나 캐나다는 청정수소 수출을 위해 생산 단가를 낮추기 위한 지원 정책을 도입했다. 최근에는 이러한 생산·인프라 부문의 정책에서 나아가 활용(수요) 부문에서의 정책이 도입되기 시작한 것이다. 실제로 미국의 콜로라도 주와 일리노이 주는 화학-정유기업들과 같이 난감축 산업에서 청정수소를 활용할 때 일정 금액을 공제하는 정책을 도입했다. 이는 청정수소 1㎏ 사용시 미화 1불을 공제하는 방식이다. 또한 EU에서는 수소 사용시 청정수소 중 재생에너지로 생산한 수소를 2030년까지 의무적으로 42%를 사용하도록 하는 방침을 발표하기도 했다.

이처럼 미국과 EU를 중심으로 해외에서의 수소 정책은 전 부문 즉 청정수소 생산과 인프라, 활용 부문에서의 정책이 다양하게 도입되고 있지만 국내에서는 청정수소발전 입찰제도 외에 뚜렷한 청정수소 생산·인프라·활용 부문의 정책은 발표되지 않고 있다. 이에 전문가들은 장기적 관점에서 전 부문에 걸친 다양한 청정수소 정책 도입이 필요하다고 보고 있다.