기술혁신으로 수소에너지 개선, 활발한 투자도 이어져

[Industry News 전시현 기자] 최근 수소의 생산, 운송, 저장·충전 및 이용을 위한 기술혁신으로 수소에너지의 경제적 타당성이 급격히 개선되고 있으며  수소에너지에 대한 관심이 집중되고 있다. 몇 년 전까지만해도 실질적인 보급에는 어려움을 겪어 왔지만 글로벌 에너지믹스의 변화 및 기술혁신으로 인해 수소에너지에 대한 주요국의 투자가 활성화되고 있다.

많은 장점을 지닌 수소에너지
수소에너지의 가치사슬 구조는 수소의 생산, 저장·운반과 관련된 공급부문과 수소의 이용 용도에 따른 수요부문으로 구성된다. 공급부문은 다양한 장치산업 및 인프라로 구성되어 있으며, 가정·상업용, 산업용, 수송용, 발전용 부문 등의 수요부문은 수소의 이용을 위한 연료전지 관련 산업이 중심이다. 수소는 화석연료 및 바이오매스로부터의 메탄가스등을 개질하여 얻거나 정유 및 제철 공장 등의 부생수소 활용, 신재생에너지를 활용한 물의 전기분해 등 다양한 방식을 통해 생산가능하다.

다양한 방식으로 생산된 수소에너지는 기체, 액체및 고체의 다양한 형태로 대규모 저장 및 운반이 가능하며 연료전지를 이용하여 가정·산업, 수송, 발전용 기기 등 모든 소비부문의 에너지원으로 이용된다. 수소에너지를 이용하기 위한 연료전지는 수소와 공기중의 산소와의 전기화학반응을 통해 전기에너지를 직접 생산하기 때문에 발전효율이 높다. 또 수소를 원료로 사용하기 때문에 사용과정에서 물만이 배출되며 화석연료 사용 시 발생되는 일산화탄소(CO) 등 환경에 유해한 물질은 발생하지 않는다. 만약 풍력 및 태양광 등 신재생에너지에서 생산된 전력을 이용하여 물의 전기분해를 통해 수소를 생산할 경우, 에너지의 생산에서 소비까지의 전 과정에서 배출가스 제로시대가 가능하다.

주요 선진국 수소산업 적극 육성
미국은 셰일혁명으로 가격경쟁력을 확보한 천연가스의 개질을 통해 수소 생산을 확대하고 있으며, 유럽은 풍부한 신재생에너지로부터 생산된 잉여전력을 활용한 수소 생산과 기존의 가스 그리드를 이용한 수소 운송 인프라를 구축 중에 있다. 한편 일본은 미국및 유럽과는 달리 석유화학 및 제철소 등에서 발생하는 부생수소의 활용 및 해외로부터의 수소 수입에 대비한 대규모 수소네트워크를 구축 중이다. 특히 일본은 2000년대 초반부터 민관협력을 통한 다양한 실증산업을 진행해 오고 있으며, 2013년에는 에너지기본계획 법안에 ‘수소사회 실현’을 명문화하는 등 수소산업 육성을 위한 국가차원의 적극적 정책 의지를 표명하고 있다.

다양한 경로 활용 가능성 있는 수소에너지
최근 환경오염, 화석연료의 고갈 및 에너지 수급불안등이 심각해지며 이에 대한 해결책으로 다양한 장점을 가지고 있는 수소에너지에 대한 관심이 고조되고 있다. 아직까지 수소의 대부분은 화석연료로부터 생산되지만 신재생에너지 기반 수소생산 기술의 향상과 수소 이용을 위한 연료전지의 고효율화로 기존의 탄소 기반 경제체제에서 지속 가능한 수소경제 사회로의 진입에 대한 기대감이 확대되고 있다. 수소에너지 수요는 현재의 발전용 수요 중심에서 가정용 및 상업용, 수송용 등 다양한 분야로 확대되고 있다. 수소에너지를 사용하는 세계 연료전지 시장은 발전용 및 가정용 연료전지의 상용화를 시작으로 수송용 등의 분야로 확대되고 있는 추세이다.

발전용의 경우, 우리나라를 중심으로 수요가 확대되고 있으며 가정용은 일본, 수송용은 주요국 간의 본격적인 수소연료전지차(FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle)경쟁에 따른 수요확대가 예상된다. 가장 큰 시장을 형성할 것으로 예상되는 FCEV 수요에 대한 주요 시장조사업체들의 전망을 살펴보면, 2020년에는 5만대 이상이 보급될 것으로 보이며 2020년부터 2025년 사이에 판매속도가 급격히 확대되는 추세를 보일 것으로 분석된다.

FCEV의 경우, 주요국의 수송부문의 환경규제가 강화되고 있으며 수소충전소 등의 인프라 보급 및 정책적 지이 활발해지고 있는 상황으로, 일본은 2030년까지 자동차 판매량 중 FCEV의 비중을 30%, 독일은 25%, 미국은 2050년까지 27%로 확대할 계획이다. 향후 에너지로서의 수소 수요는 FCEV 이외에도 지게차(forklift), 무정전전원공급장치(UPS)를 포함한 백업전원용 장치 등 순수한 수소를 사용하는 연료전지의 상용화 보급이 주요 요인으로 작용할 것으로 보인다. 백업전원용 수소연료전지 시장은 아직 초기 형성 단계이지만 세계시장 규모는 통신기지국 및 무정전전원공급장치(UPS) 시장만 고려해도 2025년에 10조원 이상의 규모가 될 것으로 추정되고 있다.

정부의 적극적인 수소에너지 발전 전략 수립 필요
이와 관련해 에너지경제연구원 관계자는 "주요 선진국들은 수소사회로 진입하기 위해 계획 단계부터 실행 단계까지 적극적으로 민간 참여를 유도해 독자적인 패러다임을 구축 중에 있다. 그러나 우리나라는 아직까지 이에 대한 대응이 미흡한 상황이다"라고 귀띔했다. 실제 산업통상자원부는 지난해 12월 ‘제2회 재생에너지 정책협의회’를 통해 2030년까지 재생에너지 발전량 비중 20% 달성을 위한 ‘재생에너지 3020 이행계획’을 발표했지만, 이 중 수소에너지에 대해선 어떠한 말도 없다. 업계 전문가의 말에 의하면  “수소는 국내에서도 얼마든지 생산해낼 수 있다. 수소 활용도를 높이면 에너지원의 해외 의존도를 낮출 수 있다”고 조언했다. 이렇게 수소에너지의 장점이 뚜렷함에도 불구하고 우리나라는 세계 시장에서 두각을 나타내지 못하고 있다. 반면 2020년을 ‘수소사회 진입 원년’으로 삼겠다고 천명할 만큼 국가적 차원에서 드라이브를 걸고 있는 일본과 대조된다.

어려운 수소 분야인 만큼 정부가 발벗고 나서야
물론 수소는 복잡성을 가지고 있는 새로운 형태의 에너지로 시장의 다양한 측면이 얽혀 있기 때문에 급격한 시장 확대는 기대하기 어려운 특성을 가지고 있다. 또한 공급 및 수요 가치사슬 구축에 막대한 규모의 비용이 소요됨으로 정부의 지원과 더불어 민간기업의 적극적 투자참여가 필수적인 산업이다. 그렇기 때문에 수소산업의 육성을 위해서는 정부의 적극적인 발전전략 수립이 필요하다.

에너지경제연구원 관계자는 "정부의 명확한 정책적 의지표명을 통해야 시장의 불투명성 해소가 된다. 수소산업의 초기 활성화 및 향후 자립화를 위해서는 민간 투자가 필수적이며 이를 위해서는 수소산업 육성에 대한 정부의 정책적 의지를 시장에 명확히 전달하는 것이 중요하다. 특히 수익성이 불확실한 산업 초기단계에서 민관이 공유할 수 있는 보다 구체적인 목표 및 로드맵, 추진전략의 제시는 민간투자 유도에 매우 효과적이다"라고 꼬집었다.

또 그는 수소에너지 관련해 제도 선진화를 통한 경제성 개선이 시급하다라고 강조했다. 초기 시장 형성단계에 있는 수소산업이 자생적 발전단계에 진입하고 경쟁력을 갖추기 위해서는 경제성 확보가 중요하다. 산업 초기단계에서는 규제개선을 비롯한 규격과 인증마련 등의 제도 선진화가 경제성 개선의 효율적 수단으로 작용한다. 수소충전소 구축 사례를 보면 제도 선진화는 직접적인 비용저감 효과를 유발한다. 이어 "제도 선진화로 유발된 비용 절감 효과는 제품 양산에 따른 규모의 경제효과로 이어져 직간접적으로 관련 산업의 기술 개발 촉진 및 원가절감을 유도할 수 있다"라고 강조했다.

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