월간전기



대한민국은 지금 ‘수소경제’ 산업 생태계 조성중

2019-12-01

주요 키워드로 살펴본 2019년 친환경 에너지 전환 솔루션에 주목하라 대한민국은 지금 ‘수소경제’ 산업 생태계 조성중 전 세계는 지금 새로운 에너지 패러다임을 구축하기 위해 지각변동이 일어나고 있다. 지각변동의 중심 축에 ‘수소경제’가 급부상중이다. 화석연료가 가진 한계를 벗어나 친환경, 탈탄소 등을 목표로 세계가 ‘ 수소’에 주목하게 된 것이다. 수소경제는 수소를 주요 에너지원으로 사용하는 경제산업구조를 말한다. 화석연료 중심의 탄소경제와 대비된 ‘ 수소경제’는 기존의 탄소 에너지 시스템에서 벗어나 수소를 에너지원으로 활용할 수 있도록 모든 분야의 산업과 시장을 새롭게 재편해 가는 경제 시스템이다. 이러한 흐름에 발맞춰 세계 각국이 수소경제 활성화 대책을 발표하며 시장 선점에 나서고 있다. 우리 정부도 2019년 1월 ‘ 수소경제 활성화 로드맵’을 발표하고 수소경제 산업생태계 조성을 위해 전력질주하고 있다. 글 김향인 기자 국가 에너지 시스템 바꿀 미래 성장동력 우리 정부가 수소경제에 공식적으로 관심을 보이기 시 작한 것은 2005년 참여정부 시절 ‘친환경 수소경제 구현 마스터 플랜’ 발표를 통해서다. 그러나 기술 부족과 높은 생산단가 등 인프라 구축의 미비로 구체화되지 못 한 상태에서 정권이 바뀌었고 관심권 밖으로 밀려났다. 그후 문재인 정부가 들어서고 2018년 ‘혁신성장을 위한 3대 전략투자 분야’에 인공지능(AI), 빅데이터, ‘수소경 제’가 선정되면서 미래 산업을 이끌 성장 동력으로서 다시 전면에 부각되기 시작했다. 정부는 2019년 1월 17일 울산에서 ‘수소경제 활성화 로 드맵’을 발표하며 수소경제에 대한 강력한 의지를 표명 하였다. 이날 문재인 대통령은 “수소경제는 에너지원 을 석탄과 석유에서 수소로 바꾸는 산업구조의 혁명 적 변화”라고 말하며 “전통 주력 산업인 자동차·조 선·석유화학과 연계해 수소경제를 선도해 나갈 수 있 다”고 강조했다. 앞으로 수소의 생산, 저장, 운송, 활용 전 분야에 걸쳐 새로운 산업과 일자리를 창출해낼 것 이며, 수소경제는 국가 에너지 시스템을 근본적으로 바꾸면서 신성장동력을 마련할 수 있는 절호의 기회라 고 역설하였다. 로드맵에 따르면 ‘세계 최고 수준의 수소경제 선도국가 도약’을 목표로, 2040년까지 수소 전기자동차 620만대 (수출 330만대, 내수 290만대), 발전용 연료전지 15GW(내수 8GW), 가정·건물용 연료전지 2.1GW 등의 인프라를 구축할 계획이다. 정부가 발표한 초·중·장기 추진전략을 보면, 우선 초 기 단계인 2018~2022년에는 수소산업·생태계 조성을 위해 법·제도를 정비하고, 중기 단계인 2022~2030년 에는 수소 이용을 대폭 확대하고 대규모 수요·공급시 스템을 구축해 나갈 계획이다. 장기 단계로 2030~2040 년에는 해외에서 수소를 조달하고, 본격적으로 수전해 (水電解, 물 분해 수소생산) 방식을 진행한다. 점진적으 로 재생에너지를 활용해 온실가스를 전혀 배출하지 않 는 청정에너지 ‘그린수소’를 생산해 나갈 방침이다. 치열한 각축전 예상되는 신산업 분야 수소경제는 바야흐로 태동기다. 어느 나라도 아직 주도권을 잡고 있지 않은 상태인 만큼 세계 시장 선점이 중 요하다고 볼 수 있는 새로운 분야다. 그런 이유에서 수 소와 관련된 새로운 산업생태계 조성과 이와 관련된 기 술개발을 새로운 기회로 여기고 있다. 우리 정부가 세계 시장 선도를 목표로 수소경제에 특별 히 관심을 보이고 있는 것은 이미 수소전기차 및 연료 전지 부문에서 상당한 기술을 보유 중이라는 자신감 때문으로 해석할 수 있다. 세계 최초로 수소차 양산에 성공했고, 핵심부품 99%의 국산화를 이루고 있으며, 한 번 충전으로 600㎞를 달릴 수 있는 현재 세계에서 가장 먼 거리를 달리는 수소차에 대한 자부심이다. 또한 아직 전기차도 제대로 정착되지 않은 상태에서 수 소차를 새롭게 들고 나온 것은, 미래 먹거리 창출을 위 해 수소는 놓칠 수 없는 ‘새로운 기회’를 제공해 줄 수 있기 때문이기도 하다. 수소경제 산업생태계 조성을 위 해서는 수많은 관련산업이 조성될 수밖에 없고 그 과정 에서 새로운 일자리 및 고용창출 등의 부수효과를 기 대할 수 있다. 우리 경제를 성장시킬 추진동력이 없는 상태에서 미래 경제를 이끌고 나갈 새로운 성장 동력으 로서 ‘수소’에 주목한 것이다. 이와 관련해 글로벌 컨설팅 회사 맥킨지는 ‘한국 수소 산업 로드맵’에서, 수소산업을 통해 2050년 국내에서 연간 약 70조 원의 경제효과를 거둘 수 있고, 약 60만 명의 고용창출 효과가 있을 것으로 전망했다. 정부 역 시 수소경제 로드맵에서 2040년 연간 약 43조 원의 경 제효과 및 약 42만 명의 고용창출 효과가 있을 것으로 내다보고 있다. 9월 27일 성윤모 산업통상자원부 장관과 파티 비롤 IEA 사무총장의 수소 경제 등 세계 에너지 현안 논의. 안정적인 수소 공급이 관건 수소는 가연성 가스로서 연료전지를 통해 전기를 생 산해 낼 수 있다. 석탄, 천연가스, 석유와 같은 화석연 료는 연소할 때 이산화탄소를 배출하지만 수소는 공기중의 산소와 반응하면 높은 에너지와 함께 깨끗한 물 만 나온다. 그런데 수소는 땅 속에 매장되어 있는 석탄이나 천연가 스와 달리 가벼워서 자연 상태로 얻을 수 있는 양이 절 대적으로 적다. 에너지가 되는 주원료인 수소를 어떻게 모으느냐 하는 것이 관건이다. 따라서 수소경제가 성공적으로 구축되기 위해서는 안 정적인 수소 생산이 전제되어야 한다. 수소의 조달은 ▲부생 수소 활용 ▲천연가스(LNG) 개질 ▲수전해 ▲ 원자력 수소 ▲해외 수입 등을 통해서다. 현재 다양한 방식의 수소 생산기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 에너지는 특성상 전환 과정이 길어질수록 손실이 그만 큼 커지기 때문에 효율이 무엇보다도 중요하다. 부생 수소 활용 석유화학, 제철 생산공정에서 부산물로 나오는 수소를 말하는데, 부생수소를 충분히 생산할 수 있는 능력은 갖추고 있으나 공급량에 한계가 있다. 지난 7월 충남 서 산에 세계 최대 규모인 50메가와트(MW)급 부생수소 연료전지 발전소가 시운전을 시작했다. ‘대산 수소연료 전지 발전소’는 한국동서발전과 한화에너지, 두산이 공동 출자한 대산그린에너지가 운영하며, 2018년 8월 착 공해 2020년 6월 준공될 예정이다. 한화토탈 대산공장 의 나프타분해설비(NCC)에서 나오는 수소를 연료로 전 기를 만들게 된다. 천연가스(LNG) 개질 방식 현재 가장 현실적인 수소공급 방법으로 보고 있다. 경 제성이 양호한 편이고 천연가스 공급망을 이미 갖추고 있기 때문이다. 전국적으로 갖춘 천연가스 배관은 우리 나라가 가진 강점 중 하나인데, 총연장 5,000여 ㎞의 천 연가스 공급망을 활용해 수소를 추출하게 되면 전국 각지에 효율적으로 수소를 공급할 수 있는 시스템이 확 보된다. 문제는 천연가스에서 수소를 추출하는 과정에 서 이산화탄소가 배출된다는 점이다. 한국에너지공단과 에너지경제연구원 등의 자료에 따르 면 천연가스 개질 방식을 통해 수소차를 운행시킬 경 우, 휘발유차에 비해 연간 탄소 배출량을 16% 줄이는 정도에 그치는 것으로 분석되었다. 수소차 자체는 운행 중에 탄소와 같은 오염물질을 배출하지 않지만, 천연가 스를 개질해 수소를 만드는 과정에서 이산화탄소가 배 출되어 친환경 방식은 아닌 셈이다. 수전해 방식 물을 분해해 전기를 생산하는 방식으로 오염물질 배출 문제는 없으나, 현재 기술로는 낮은 경제성과 생산량에 한계가 있다는 문제가 있다. ‘P2G(Power to Gas)’로 일 컬어지는 수전해 방식은 재생에너지의 잉여전력을 이 용해 물에서 수소를 추출하는 방식이다. 원자력 수소 생산방식 탄소 배출과 기존 설비를 이용한 에너지 자립 측면에 서는 긍정적이지만 안전성이나 원자력 폐기물 같은 또 다른 부차적인 논란이 야기될 수 있다. 에너지 전환 정 책으로 원전 해체라는 정책에서 살펴볼 때 원자력에 서 수소를 추출한다는 것은 아무래도 명분이 떨어질 수 있다. 정부는 일단 가장 경제적이고 쉽게 접근할 수 있는 LNG 개질 방식을 도입하고, 단계적으로 친환경성을 확보할 수 있는 해외로부터의 수입 및 재생에너지 활 용 방식을 고려하고 있다. 현재 가장 저렴한 수소생산 방식인 부생 수소를 대폭 활용하고, 중·장기적으로는 수전해 방식과 수력, 풍력, 태양광 등의 재생에너지를 기반으로 친환경 그린수소 생산방식을 확대해 나간다 는 방침이다. ‘그린수소’는 재생에너지로 수소를 생산하거나 외국에 서 수입하는 방식 등을 통해 온실가스를 배출하지 않 는 친환경 수소를 의미한다. 하지만 일본처럼 호주나 브루나이 등 해외에서 수소를 수입하는 방법은 에너지 자립 측면이나, 전 지구적 차원에서 탄소 배출을 줄인 다는 방향에서는 어긋나 있어 바람직한 방향은 아니라 는 지적이다. 전기차 vs 수소차 수소경제 시대를 끌고 나갈 중요한 두 바퀴는 바로 ‘수 소차’와 ‘연료전지’다. 얼마 전까지만 해도 친환경차 하 면 전기차를 떠올렸다. 전기차가 널리 보급되기도 전에 갑자기 수소차가 치고 들어온 형국이다. 친환경차 하면 전기차(EV), 하이브리드차(HEV), 수소차(HFCV)를 말 하는데, 가솔린과 디젤 등을 이용하는 내연기관 차에 비해 오염물질을 덜 배출한다. 그렇다면 전기차와 수소차는 어떻게 다를까. 전기차는 전기로 움직이고, 수소차는 수소로 움직이게 할까? 전 기차와 수소차 모두 동력은 ‘전기’다. 따라서 전기차, 하 이브리드차, 수소차는 엄밀히 말해 모두 ‘전기차’에 속한다. 다른 점은 연료인 전기를 생산하는 방식이 다를 뿐이다. 일단 전기차는 ‘배터리’를 이용하고, 수소차는 ‘연료전 지 ’ 를 이용한다. 전기차는 내장된 리튬이온전지 배터리 에 저장되어 있는 전기의 힘으로 자동차를 움직이게 한 다. 배터리를 이용하기 때문에 충전하는 데 걸리는 시 간이 길고, 1회 충전으로 주행거리가 짧다는 단점이 있 다. 휴대폰을 충전하려면 시간이 소요되는 것을 생각 하면 쉽게 이해할 수 있다. 전기차는 리튬이온 배터리 (이차전지)의 가격 안정성이 확보되지 않는다는 문제가 있고, 배터리 효율이 무엇보다 중요하므로 이것과 관련 된 기술이 현재 활발하게 연구중이다. 전기차의 안정적 인 공급을 위해서는 배터리 기능 보완이 핵심과제라고 할 수 있다. 수소연료전지차(Hydrogen Fuel Cell Vehicle, HFCV) 라고 불리는 수소(전기)차가 전기를 생산하는 원리는 단순하다. 차량 내에 장착된 수소 저장 탱크에 주입되 어 있는 수소와 외부에서 유입된 산소가 화학반응을 하는 과정에서 자체적으로 전기를 발생시킨다. 수소차 는 ‘전기’를 ‘직접 생산’할 수 있기 때문에 비상시에는 전력을 공급하는 발전소나 에너지저장장치(ESS) 역할 도 할 수 있다. 전기차와 달리 수소차는 충전하는 데 걸리는 시간이 몇 분밖에 걸리지 않고, 1회 충전으로 주행할 수 있는 거리가 길어 장거리 주행이 가능하다. 반면 수소 연료 확보가 어렵고 생산원가가 높다는 단점이 있다. 핵심부 품인 스택을 비싼 백금으로 만들어서 생산원가가 높아 지므로 현재 백금을 대체하는 기술이 활발하게 연구 중이다. 블룸버그의 전기차 2020 전망에 따르면 2040년 전 세 계 차량 중 약 55%가 전기차가 될 것으로 예상하고 있 다. 세계적인 전기차 대표주자인 테슬라를 위시한 전기차 업계에서는 인프라 확충이 단계적으로 진행되고 있 는 중이다. 한편, 11월 산업통상자원부 자료에 따르면 우리나라 전체 산업 수출이 최근 11개월 연속 감소세를 이어가 고 자동차 산업도 지지부진한 가운데 전기차(EV)만 선전하고 있는 것으로 나타났다. 전기차는 지난 10월 3억5,100만 달러로 43.8% 증가했고 누적 기준으로 25 억6,600만 달러로 103.3% 급증했다. 특히 전기차 수출 은 10월까지 33개월 연속 전년동기 대비 증가세를 이 어갔다. 급물살을 타고 있는 전기차의 이러한 급성장이 기존의 완성차 업체들에게는 별로 달갑지 않을 수 있다. 전기 차의 경우 배터리 중심으로 부품이 단순해져서 설비 및 부품관련 기술투자를 해온 완성차로서는 메리트가 없다. 이와 달리 수소를 충전해 연료전지를 이용하는 수소차는 일반 내연기관 차량과 비슷한 2만개의 부품 이 필요해 기존의 완성차 업계에 유리하다. 이처럼 전기차와 수소차는 장단점이 서로 다른 경쟁관 계에 있는 것처럼 보인다. 그러나 일각에서는 전기차와 수소차를 경쟁적인 대결구도로 보아서는 안된다고 보 기도 한다. 전기차와 수소차는 시너지 효과가 있는 상 호 보완 관계로 봐야 한다는 것이다. 장거리를 달리는 트럭 등 대형차에는 연료전지를 이용하는 수소차가 경 제적이지만, 수소차의 연료전지를 작은 이차전지와 결 합시켜 효율적인 친환경차를 만드는 등 서로 시너지를 창출해 나갈 필요가 있다는 것이다. 미래는 전기차냐 수소차냐 하는 양자택일형 질문이 아니라 그 대신 ‘친환경·자율주행·공유’자동차가 대 세인 것만은 분명해 보인다. 그 과정에서 화석연료를 쓰는 내연기관 차량은 빠르게 퇴출해 갈 것이다. 전문 가들은 2030년에 자동차 업계가 혁신적으로 변하게 될 것이라고 본다. 수소차를 둘러싼 한일 전쟁 현대차는 지난 1998년부터 차세대 먹거리로 수소차 분 야에서 과감한 투자와 연구개발을 진행해 왔는데, 2013 년에는 세계 최초로 수소차 투싼ix 35를 출시한 데 이 어 2018년 넥쏘(NEXO)를 출시하였다. 수소차는 현재 한일 양국이 치열한 주도권 싸움을 벌 이고 있는데, 일본 도요타의 미라이 2세대와 현대차 넥 쏘가 판매대결 구도를 펼치는 중이다. 지난 10월 일본 에서 열린 ‘도쿄 모터쇼 2019’에서 미라이 2세대의 최종 개발 모델인 ‘미라이 콘셉트’를 선보였는데 기존 모델보 다 주행거리가 30% 늘어났다고 밝혔다. 미라이 신 모델 은 내년 출시를 앞두고 있다. 1세대 미라이의 항속거리는 미국이 적용하고 있는 EPA 기준으로 502km다. 미라이 2세대가 30% 늘어난 점을 감안하면 652km의 항속거리로 추정되고 있다. 현대 넥 쏘의 항속거리가 EPA 기준 595.5km로 현재까지 인정 받은 가장 긴 주행거리를 가진 수소차였는데, 일본 미 라이 2세대가 앞지른다는 계산이 된다. 수소차는 1회 충전으로 얼마나 달릴 수 있는지 항속거리로 쉽게 그 효율성을 단순비교하게 되는데, 테스트 적용 기준이 다 르고 연료전지 효율이 개선됨에 따라 새로운 모델 출시 와 함께 엎치락뒤치락 기록을 바꾸고 있는 중이다. 참고로 최근 세계적 흐름인 SUV(다목적 스포츠 차량) 형태로 높은 호응을 얻은 현대의 넥쏘는 올해 상반기에 1,948대 판매되었고, 도요타의 미라이는 1,549대 판매 된 것으로 조사되었다. 산업부의 규제샌드박스 1호로 추진된 국회 수소충전소 준공식 친환경 수소도시 육성 수소경제를 효과적으로 정착시키기 위한 활성화 방안 으로 ‘친환경 수소도시’를 육성하는 움직임도 본격화되 고 있다. 지난 4월 국토교통과학기술진흥원과 산업부, 한국신재생에너지협회, 수소융합얼라이언스가 함께 ‘ 수소경제 조기구현을 위한 친환경 수소도시 정책 포럼’ 을 개최했다. 이 포럼에서는 ▲수소 시범도시(하이시티) 구축 및 추 진방안 ▲수소도시 생태계의 안전 이슈 및 제도화 방 안을 주제로 발제가 이루어졌다. 수소도시 정책은 정부의 ‘수소경제 로드맵’중 하나로 혁신성장, 기후변화 및 미세먼지 대응에도 구체적인 역 할을 할 것으로 보인다. 수소도시는 수소를 에너지원으로 하는 새로운 시스템 을 실제로 도시에 적용하는 것이 목적이며, 이를 구체 화시키기 위해 신도시·혁신도시, 수소 활용 선도지역 을 대상으로 수소시범도시를 조성하고 인프라 구축 및 규제 특례를 통한 지원을 확대해 간다는 방안이다. 이와 관련해 지자체별로 수소산업 관련 인프라를 활용 해 수소경제 선도지역으로 발돋움하기 위한 움직임이 활발하게 이루어지고 있다. 전라남도는 지난 5월 여수 시청에서 국가 그린수소산업 중심지로의 도약을 위한 ‘ 전남 수소경제 선도 비전 선포식’을 갖고 ‘전남 수소산 업 생태계 조성계획’을 발표했다. ‘전남 수소산업 생태 계 조성계획’은 한전공대 개교 등 탄탄한 에너지 신산 업 기반, 전국 2위의 여수산단 부생수소, 전국 최고의 재생에너지 발전량과 연계한 친환경 그린수소 생산 여 건의 지역적 우위를 기반으로 한다. 이같은 수소산업 잠재력을 바탕으로 전남도는 ‘국가 그 린수소산업 중심지 도약’을 비전으로 그린수소 연구개 발과 생산·실증 거점 육성, 수소연료전지와 부품·소 재 생산기지 구축, 수소차·수소충전소 보급과 수소시 범도시 조성 등에 나설 계획이다. 지난 7월에는 부산·울산·경남 3개 시도가 ’동남권 수 소경제권 실무협의회’회의를 개최하고 ‘동남권 수소경 제권 조성과 공동사업 기획 및 발굴’에 나서기로 협의했 다. 부·울·경 동남권은 그동안 광역교통, 환경문제 등을 공동 협력과제로 채택해 추진해 오고 있고, 기계·금 속, 자동차, 조선 등 서로 밀접하게 관련된 산업구조를 갖고 있는 지역적 강점이 있다. 이러한 지역적 배경을 살 려 동남권 수소경제 활성화를 위한 상생협력을 통해 새 로운 수소도시 성장모델을 만들어 나갈 계획이다. 수소경제를 바라보는 몇 가지 불안한 시각도 있다. 정 권이 바뀌면서 수시로 바뀌는 정책 때문이다. 전기차 보급도 제대로 되지 않은 상태에서 수소차를 밀고 나 온 것에 믿음이 가지 않는다는 반응도 있다. 이것을 반 영하듯 MB정부 당시 2020년까지 전기차 100만대 보급 을 내세웠었다. 2014년 박근혜 정부 때 100만대 보급 목 표가 20만대로 수정된 바 있다. 또 폭발사고 등 안전에 대한 일반인들이 생각하는 ‘수 소 ’ 를 바라보는 민감한 사안도 충분히 예상된다. 수소 충전소 등 인프라 구축시 주민들의 반대 여론에 부딪힐 수 있기 때문이다. 정부 구상대로라면 2022년까지 전국 310곳에 일반 수소충전소와 버스 전용 충전소가 설치 될 계획이다. 수소차 운전자가 최대 30분 안에 충전소 에 도달할 수 있게 배치한다는 것이다. 또 한 가지 중요한 것으로, 장밋빛 청사진으로 시장 선 점을 하려고 너무 서둘러서 산업을 육성하다가는 자칫 해외 의존도만 높이는 결과가 될 수도 있다는 의견도 나오고 있다. < Energy News >