한국에너지기술연구원 국가기후기술정책센터 박상용 박사 연구팀과 포항공과대학교 산업경영공학과 최동구 교수 공동 연구팀이 우리나라 환경에 최적화된 에너지시스템 모형을 개발하고 수소에너지의 최적 활용 전략을 제시했다.

수소는 정부에서 발표한 ‘2050 탄소중립 시나리오’ 달성을 위한 핵심 자원으로 주목받고 있다. 그 자체로도 청정 에너지원이지만 재생에너지의 잉여 전력으로 생산해 놓고 필요할 때 다시 전기로 바꿀 수 있어 변동성 관리와 전력망 운영에 매우 적합하기 때문이다. 하지만 현재까지 국가적인 수준의 에너지시스템에서 수소에너지의 역할을 정량적, 심층적으로 분석한 연구가 드물었다. 특히 우리나라의 에너지 환경을 고려한 연구는 매우 부족해 국가 정책을 뒷받침할 수 있는 과학적 접근이 필요한 상황이다.
연구진은 국제에너지기구(IEA)의 에너지시스템 분석 모형인 TIMES(The Integrated MARKAL-EFOM System)을 기반으로 우리나라의 에너지 환경을 반영한 KIER-TIMES 모형을 개발하는 데 성공했다. 또 이를 기반으로 2050년 국가 탄소중립 달성을 위한 수소에너지의 최적 비중을 예측했다.
KIER-TIMES 모형에는 우리나라의 에너지 수급 현황, 미래 에너지 수요, 전력수급계획, 에너지 가격 등이 반영됐다. 특히 정부의 ‘2050 탄소중립 시나리오 최종안(이하 ’시나리오)’에서 제시된 2050년 최종에너지 수요 등 다양한 전제조건을 반영해 정부정책과의 일관성을 높였다. 또한 전제조건이 바뀔 때 결과 값이 얼마나 민감하게 변하는지 확인하는 민감도 검사를 시행해 정부 정책의 조건 변화에도 적용할 수 있도록 신뢰성을 확보했다. 개발된 모델을 통해 분석한 결과 2050년까지 국가 탄소중립을 달성하기 위해서는 전체 에너지의 27%를 수소에너지로 공급해야하는 것으로 나타났다. 아울러 최종 소비되는 에너지 수요 측면에서도 수소에너지의 비중이 25%까지 증가해야 할 것으로 예측됐다.
이 외에도 연구진은 개발된 모델을 활용해 시나리오에서 제안된 수소의 수입 비중, 수전해 기술의 효율 향상, 이산화탄소 포집 기술 활용 방안을 심층 분석했다.
시나리오는 국내 재생에너지 잠재량을 고려해 수소의 수입 비중을 80%에서 82%까지로 설정했다. 하지만 연구진의 분석 결과, 탄소중립을 위해서는 최소 76% 이상을 수입해야 하며 수입 비중이 높을수록 탄소중립 달성 가능성이 높아질 것으로 예측됐다. 더불어 수전해 기술의 효율 향상을 통해 감축되는 전력 소비량을 분석했다. 현재 수전해 효율의 국가 연구개발 목표는 94%로 목표 달성 시 국가 전력 소비량의 6.4%, 수소 소비량의 10.3%를 감축할 수 있을 것으로 전망됐다. 이밖에도 이산화탄소 포집 기술(CCUS)의 활용에 대한 전략도 제안했다. 연구진의 분석 결과에 따르면 이산화탄소 포집 기술은 천연가스 발전소에 설치되는 것보다 블루수소 생산 시설에 활용되는 것이 더욱 효율적인 것으로 나타났다. 블루수소의 생산량을 높이면 생산 비용이 높은 그린수소의 비중을 줄일 수 있어 비용적으로 우수하다는 것이다.
공동 연구를 주도한 박상용 박사는 “이번 연구는 국제적 기준에 부합하는 방법론을 이용해 우리나라의 에너지 환경을 고려한 수소에너지의 역할과 최적 활용 전략을 도출했다는 데 의미가 있다”며 “KIER-TIMES 모형을 확장해 섹터커플링 기술들의 탄소중립 기여도를 분석하고 보급, 확산하는 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.