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다가오는 수소경제, 글로벌 주도권 쟁탈전 가속화

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다가오는 수소경제, 글로벌 주도권 쟁탈전 가속화

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자료=글로벌이코노믹
수소는 탄소 제로사회 구현에 있어 핵심 소재다. 세계 주요 국가들이 수소경제를 자국의 핵심 산업으로 육성하고 있다. 그렇다면 현 시점에서 어느 나라가 가장 앞서고 있을까?

◇ 수소의 유용성

수소경제를 추진하고 있는 우리나라에서 수소에 대한 지식은 일반화되고 있을 정도다. 수소는 밀도가 가장 낮다. 가장 가볍다. 액체 형태에서 수소는 가스 상태 수소 부피의 800분의 1이다. 또한 풍부하다

대기 중의 산소와 결합하면 수소가 연소되어 이산화탄소를 생산하지 않고 에너지를 방출한다. 에너지 가치는 석탄 또는 휘발유보다 훨씬 높다. 에너지 방출의 유일한 부산물은 수증기다. 압축가스 또는 액체 형태로, 그것은 오랜 기간 동안 에너지를 저장할 수 있고, 파이프라인을 통해 장거리 수송하거나 배에 선적해 전 세계에 출하할 수도 있다.

◇ 수소의 상용화 수준

영국 옥스퍼드대 교수 등이 설립한 에너지 분야 전문연구기관인 오로라 에너지 리서치의 수소 및 상품 연구 리더인 아니스 간볼트는 향후 15년 동안 상용차와 가정에서 사용할 가능성은 낮다고 말하고 있다. 오늘날 수소 사용은 주로 정유공장에 국한되어 있다. 당분간 정유 공장 및 기타 산업과 같은 기존 부문에서 성장이 이루어질 것으로 전망된다.

예를 들면, 영국과 네덜란드에서는 난방 부문의 성장이 클 것으로 본다. 다만 전체 국내 난방 시스템을 교체하는 것에는 비용이 많이 들기 때문에 2040년대 중반까지는 부분적으로 진행될 것으로 보고 있다.

수소의 생산과 사용을 장려하기 위해 대규모 정부 보조금과 인프라 투자가 이뤄지고 있다. 이런 이유로 기업들은 탈탄소화 보조금이나 인센티브 제도를 보고 수소경제에 도전하고 있다.
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◇ 수소경제 주도권 향한 주요 국가들의 도전

세계 주요 국가들은 탄소제로 사회 구현을 위해 수소경제에 앞장서고 있다, 각국이 처한 환경에서 가장 유용한 방법 안에서 수소 경제를 앞당기기 위해 노력하고 있다. 각국에서 개발과 사용에 성공한 사례가 다른 나라로 확산되는 현상으로 연결되고 있다.

먼저 수소경제가 가장 빠른 성장을 보이고 있는 곳은 EU다. EU는 2020년 6월 수소 전략을 수립했다. 2024년과 2030년까지 각각 6GW와 40GW 전해질 용량의 목표를 설정하여 녹색 수소를 생산하고 있다.

오늘날 유럽에 건설 중인 가장 큰 전해질 용량은 10MW 용량이며 현재 전해질 용량은 연간 1GW 미만이므로 이러한 목표를 달성하려면 빠른 확장이 필요하다.

옥스포드대 에너지 연구소에 따르면 “EU는 2024년까지 6GW 목표 달성 희망을 갖기 위해 향후 12개월 동안 수소 프로젝트에 대한 경쟁 입찰을 추진해야 한다”고 주장한다.

야심찬 목표를 달성할 경우 EU의 수요는 생산량을 능가할 가능성이 높다. 연간 40GW 용량(연간 약 4000시간의 가동 시간)은 생산 능력(에너지 함량)과 약 12~15bcm(10억 입방미터) 천연가스와 동일한 수준이다.

EU 권역 내에서 독일은 주목받는 존재다. 독일은 함부르크, 브레멘, 메클렌부르크, 니더작센, 슐레스비히 등에서 녹색 수소 경제 부문 개발을 위해 HY-5 녹색 수소 이니셔티브를 결성했다. 2025년까지 최소 500MW의 전동분해 용량을 설치하고 2030년까지 최소 5GW로 늘릴 계획이다.

영국도 다양한 분야에서 뛰고 있다. 서퍽의 사이즈웰 원자력 발전소에서 6MW 전해질 설치 추진, 노스웨일즈 홀리헤드에 있는 수소 공장 등을 수소 생산 허브로 육성하고 있다.

험버사이드에서는 세계 최초의 순제로 클러스터인 험버 솔트엔드(H2H Saltend)에 대한 수소 투자가 2023년 이내에 완료될 예정이다.

2040년까지 최초의 순제로 산업 클러스터를 설립하기 위한 프로젝트 일환으로 막대한 자금을 투자했다. 초기 단계는 천연 가스를 수소로 변환하는 탄소 포획기능이 있는 600MW 자동 열 개혁 프로세서다. 30:70 수소-천연 가스를 가동하여 솔트엔드 케미칼 파크가 연간 거의 90만t에 달하는 CO₂ 배출량을 줄일 수 있게 될 것이라고 한다.

현재 영국 전역에서 수소 버스가 시험 운행되고 있다. 현재 영국에 20~30대의 수소버스가 있지만 늘어날 것이라고 한다.

또한, 바다가 많은 영국 특성을 활용해 해상 풍력 발전 단지에서 생산된 수소를 압축해 도로 등을 이용하거나 파이프 라인으로 런던 급유 창고로 운반해 사용할 것이라고 한다.
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다음은 미국이다. 바이든 미 대통령은 취임한 지 몇 시간 만에 파리 기후협정에 복귀하는 행정명령에 서명했다. 그는 천문학적 재정을 신재생 에너지에 투자한다고 국민에게 약속했다. 미국에서 생산되는 거의 모든 수소는 석유 정제, 금속 치료, 비료 생산 및 가공 식품에 사용되고 있다.

혼다 FCX를 포함한 경량 생산 차량은 캘리포니아, 매사추세츠, 코네티컷 및 노스캐롤라이나 등 수소 스테이션이 있는 주에서 가동되고 있다. 이중 캘리포니아에는 43개의 수소 연료 공급 스테이션이 있으며, 계획 단계 또는 건설 중인 19개 이상의 수소 연료 공급 스테이션이 있다. 8000대 이상 연료전지 자동차에게 제공할 수 있는 규모다.

다음은 아시아다. 중국과 일본이다, 중국은 지난 3월 5개년 계획(2021~2026년)을 발표했다. 발표 내용에 수소에 대한 구체적인 언급은 없었지만 GDP 단위당 에너지 소비를 13.5% 줄이고 CO₂ 배출량을 18% 줄이겠다는 의지를 포함하고 있다.

연료전지 전기차를 늘리겠다고 밝히고, 2030년까지 도로에서 100만 대, 수소 급유 스테이션 1000대 설치를 목표로 하고 있다.

2019년 중국의 과학기술부 장관은 중국 북서부 닝샤 후이에 세계 최대 태양광 발전 수소공장 건설을 발표했다. 연간 1억6000만 입방미터의 수소를 생산할 예정이다. 올해는 100MW 태양광 발전소 2개와 일일 수력발전소 1000㎏으로 구동되는 1만㎥/hr 전기 분해기 2개로 생산을 시작한다.

현재 상하이에는 200대의 수소 연료전지 버스가 있고 두 개의 수소 급유 스테이션이 있다. 특히 2022년 동계 올림픽을 위해 베이징에 수소 급유 스테이션을 도입하고 있다. 10개의 급유소와 방문객을 수송하기 위한 1000대의 연료 전지 버스 가동을 준비하고 있다.

독일 기업 지멘스와 린데는 각각 올림픽을 위해 수소 생산 시스템과 급유를 제공할 예정이다.

일본은 2050년까지 2013년 수준의 CO₂ 배출량을 80% 줄이는 목표를 세우고 있다. 일본은 천연 자원이 거의 없기 때문에 에너지를 수소 생산과 수입에 의존할 예정이다.
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세계 최대의 재생 가능한 수소 생산 시설인 10MW 후쿠시마 수소 에너지 연구 분야(또는 FH2R)를 보유하고 있다. 2015년부터 2020년까지 6년에 걸쳐 진행된 ‘호주 갈탄 수소 프로젝트’가 수소 수입의 대표적 사례다. 갈탄은 수분이나 불순물을 많이 포함하고 있어 품질이 낮은 석탄이다. 갈탄에서 수소를 포함한 가스를 만들고, 이를 액화해 일본에서 호주까지 약 9000㎞에 걸쳐 대량수송하고, 액화수소를 하역할 수 있는 기술을 실험하는 내용이다. 호주 연방정부와 빅토리아 주 정부의 협력을 얻어 가와사키 중공업 등이 진행했다.

2020년 6월에는 일본 고베시의 액화수소 수입기지가 완성되었다. 가와사키중공업의 액화수소 운반선을 활용해 호주에서 제조한 수소를 일본으로 수송하고, 고베시의 수입기지에 하역하는 내용의 실증사업이 진행 중에 있다. 향후 실증실험을 거쳐 고베시의 수입기지에서 일본 내 각지로 수소를 공급하는 체계를 구축할 예정이다.

가와사키 중공업은 2019년 12월 세계 최초의 액화 수소캐리어를 출시했다. 또 도요타와 혼다는 수소 연료전지 차량을 생산하고 있으며, 주로 미국으로 수출하고 있다.

일본의 수소 전략은 2030년까지 80만대의 자동차와 1200대의 연료전지 버스를 목표로 하고 있다.

혼다와 이수즈 모터스, 도요타, 히노 모터스 등이 파트너십을 통해 연료전지 트럭을 연구하고 있으며, 도요타는 철도 회사 JR 이스트와 철도 화물에 연료전지 기술을 도입하는 계약을 체결했다. 올해 시범 시험이 예정되어 있다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com