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[취재 후]수소차, 당장은 경제적이지 않더라도(2021. 10. 15 13:50)

2021. 10. 15 13:50 경제 주영재 기자

수소는 천변만화의 원소입니다. 산소나 탄소 등과 결합해 물과 메탄, 암모니아, 불화수소 등 여러 화합물로 존재하다가 에너지를 가하면 다시 수소로 돌아갑니다. 이 수소를 산소와 만나게 하면 물과 함께 전기와 열을 얻습니다. 수소연료전지 발전입니다. 주영재 기자 jyj@kyunghyang.com 세계는 수소를 에너지 저장매체로 주목하고 있습니다. 재생에너지발전이나 화력발전, 원전 등에서 남는 전기를 수소로 바꿔 필요할 때 다시 전기를 생산할 수 있습니다. 북아프리카와 중동, 호주, 몽골 등은 태양광, 풍력 등 재생에너지 자원은 많지만 수요가 부족해 전기가 남아돌 수 있습니다. 이 잉여전기를 전력 수요가 많은 국가로 옮기기 위해 해저케이블을 깔 수 있지만 비용이 너무 많이 듭니다. 배터리로는 장기간 보관이 어렵고, 이동도 어렵습니다. 그 많은 배터리를 만들 희토류 자원도 부족합니다. 그래서 현실적으로 물을 전기분해해 수소를 만들고 이를 액화시켜 운송하거나 톨루엔 등과 결합시킨 액상유기수소저장체(LOHC)나 암모니아로 바꿔 옮기는 방안이 유력합니다. 수소는 재생에너지와 경쟁하지 않습니다. 오히려 탄소중립을 위해 함께 성장해야 할 동반자입니다. 재생에너지는 계절과 날씨에 따라 전력 생산량이 들쭉날쭉한 변동성이 문제가 됩니다. 전력의 공급과 수요가 일정해야 전력망이 원활히 돌아갈 수 있습니다. 수소를 활용하면 넘치는 전기를 수소로 바꾸고, 필요할 때 다시 전기를 만들 수 있습니다. 재생에너지가 늘더라도 수소라는 저장매체가 있다면 변동성 우려를 덜 수 있습니다. 수소는 석유화학 산업의 대안이 될 수도 있습니다. 천연가스에 고온·고압의 수증기를 가하면 수소가 분리되는데 이때 이산화탄소가 나옵니다. 수소와 이산화탄소를 저장해뒀다가 필요한 때 결합하면 플라스틱 등을 만들 수 있는 고분자 화합물로 바뀝니다. 전기분해로 수소를 만들고 다시 전기를 생산하는 과정이 비효율적으로 보여도 남는 전기를 저장해 필요할 때 꺼내 쓸 수 있다면 충분한 가치가 있습니다. 승용차에 수소연료전지를 쓰는 게 당장 경제적이지 않다는 이유로, 수소경제 전체를 매도하긴 어렵습니다. 수소차는 수소경제를 활성화할 마중물일 뿐입니다. 핵심은 에너지 저장매체이자, 전기화가 어려운 분야의 동력과 열원으로 수소를 활용하는 것입니다. 우리가 관심을 가질 고민은 수소경제로 대기업과 중소기업이 함께 성장할 수 있는 구조를 만드는 일입니다.

취재 후

‘그레이에서 그린으로’ 수소경제, 어디로 가시겠습니까(2021. 10. 08 14:53)

2021. 10. 08 14:53 경제 주영재 기자

“저기 보면 기둥이 높이 올라와 있고, 중간중간 파이프가 내려와 있잖아요. 저게 개질기입니다. 밑에서 나프타를 넣고 (고온의) 수증기로 개질(열이나 촉매로 탄화수소의 구조를 변화시켜 가솔린의 품질을 높이는 공정)하면 수소가 제일 가볍기 때문에 제일 위에 오는 것들은 거의 수소겠죠. 그걸 모아서 순도를 높이는 작업을 한 후 지하 배관을 통해 우리 연료전지발전소로 보냅니다.” 충남 서산시 대산읍에 있는 수소연료전지 발전소의 전경. 인근 한화토탈에서 나오는 부생수소로 연간 40MWh의 전기를 생산한다. / 대산그린에너지 제공 지난 10월 5일 만난 김창대 대산그린에너지 운영팀 과장이 건너편 멀리 보이는 한화토탈 공장을 가리키며 설명했다. 대산그린에너지가 있는 충남 서산 대산읍 대죽리와 독곶리 일대에는 여수·울산과 함께 국내 3대 석유화학단지의 하나인 대산 석유화학단지가 있다. 대산그린에너지는 이곳 한화토탈 공장에서 나오는 부생수소를 이용해 연간 40만㎿h의 전기를 생산한다. 16만 가구가 1년간 사용할 수 있는 양이다. 2020년 6월 상업생산을 개시했는데 세계 최초의 초대형 부생수소 연료전지발전소로 화제를 모았다. 지난 3월에는 문재인 대통령이 이곳을 찾기도 했다. 물을 전기분해하면 수소와 산소로 나뉘는데 연료전지 발전은 그 과정을 거꾸로 해 수소와 산소를 결합해 전기를 발생시키는 것이다. 연료전지 셀의 한쪽 끝에는 수소가 들어오는 연료극이 있고, 수소는 여기서 촉매에 의해 전자를 잃어 수소 양이온이 된다. 가운데에는 이온만 통과시키는 전해질이 있는데 수소 양이온이 여기를 통과해 공기극으로 이동하면 산소와 만나 물이 된다. 전자는 외부 회로를 통해 이동하면서 전기를 발생시킨다. 이런 셀이 수십~수백장 쌓여 연료전지 스택이 된다. 이곳 발전소에는 핵심장비인 440㎾ 용량의 수소연료전지 114개가 발전소 2~3층, 5개 동에 나눠 설치돼 있다. 발전소는 연료전지 셀을 식히고 수증기를 밖으로 빼내는 펜이 도는 소리 외엔 들리지 않는다. 수소와 산소, 물이 오가는 배관이 복잡하게 얽혀 있어 김창대 과장은 “발전소보다 화학공장의 느낌이 더 크다”고 말했다. 궁극적으로는 ‘그린수소’로 가야 수소는 자연상태에서 물이나 메탄, 암모니아, 불화수소 등 여러 화합물로 존재한다. 결합력이 높아 분리하는 데 많은 에너지가 필요한데 재생에너지를 이용해 물을 전기분해(수전해)해 얻은 수소를 ‘그린수소’로 부른다. 수소 생산과정에서 이산화탄소 배출이 전혀 없는 깨끗한 수소라는 뜻이다. 전기를 이용해 가스 형태의 수소를 만들기 때문에 수전해를 ‘P2G(Power-to-Gas)’라고 부르기도 한다. 반면 메탄이 주성분인 천연가스를 고온·고압의 수증기로 분해해 생산하는 ‘추출수소’나 석유화학, 철강 생산과정에서 부산물로 나오는 ‘부생수소’는 생산과정에서 이산화탄소가 다량 배출되기 때문에 깨끗하지 않다는 의미로 ‘그레이수소’로 부른다. 그레이수소를 만드는 과정에서 이산화탄소를 포집·저장(CCS·Carbon Capture & Storage)’하는 기술을 적용해 이산화탄소 배출을 줄인다면 상당히 깨끗해졌다는 뜻에서 ‘블루수소’라고 말한다. 현재는 그레이수소가 수소 생산의 대부분을 차지한다. 대산 연료전지발전소는 시간당 3t의 수소를 사용한다. 한화토탈이 자체 공정에서 사용하는 양을 뺀 나머지의 약 30~40% 정도이다. 부생수소는 ‘탄소 다이어트’를 한 블루수소나 그린수소로 가기 위한 가교역할을 할 수 있다. 수소발전 운영 노하우를 쌓거나 수소 저장·운송 기술을 개발하려면 수소가 필요한데 아직 그린수소를 구하긴 어렵기 때문이다. 김 과장은 “필요에 따라 연료전지를 추가할 수 있고 대형 터빈을 쓰는 화력발전과 달리 한두대 고장이 나도 수리하면서 운영할 수 있어 유연성이 좋은 편”이라면서 “투입 연료 대비 발전량도 석탄·가스 발전이 30%대 초반 정도인데 수소연료전지 발전은 약 50% 정도로 높다”고 말했다. 환경적인 측면에서도 화력발전에 비해 미세먼지 발생이 없어 좋다고 말했다. 부생수소를 사용하기 때문에 추출수소에 비해 경제적이라고 설명했다. 재생에너지는 계절과 날씨 등에 따라 발전량 변동이 커질 수 있는데 수소연료전지 발전은 이때 순발력 있게 대응할 수 있다. 재생에너지가 많이 발생할 때는 이를 활용해 수소를 만들어놓고, 전력이 부족할 때는 수소를 다시 전기로 만들면 되기 때문이다. 수소만 원활히 공급받는다면 수요지 인근에서 분산형 전원으로 활용하기도 용이하다. 장점이 많은 수소연료전지 발전이지만 석유화학 공정에 종속된 부생수소는 공급에 제한이 있다. 탄소 감축이 지상과제가 된 상황에서 그레이수소를 이용하기도 부담스럽다. 결국 장기적으로는 재생에너지를 이용한 그린수소 생산과 함께 가야 한다. 탄소중립의 동반자, 재생에너지와 수소 블루수소는 CCS 기술이 얼마나 효과적이고 경제적인지에 따라 활용도가 좌우된다. 하지만 CCS 기술도 이산화탄소를 100% 포집할 수 없기 때문에 장기적으로는 그린수소로 대체될 것으로 보인다. 탄소중립에 의미 있는 수소라면 결국 그린수소이기 때문에 이를 경제적으로 대량생산할 수 있는 기술을 확보하는 것이 시급한 과제가 됐다. 재생에너지 보급이 확대되면서 유럽을 중심으로 미국과 일본 등에서 다양한 수전해 프로젝트가 진행되고 있는데 10㎿ 이상 프로젝트만 22개가 넘는다. 한국도 2017년부터 지난 4월까지 제주 상명풍력단지에서 잉여 풍력발전으로 수소가스를 생산하는 첫 P2G 실증사업을 진행했다. 전력 수용량은 500㎾급으로 1일 4시간 기준 2㎿의 전력을 수용해 순도 99.99%의 수소 약 35㎏을 생산했다. 아직 전국적으로 재생에너지 발전량은 6~7%대에 불과하지만 제주도에서는 지난해 16.2%까지 높아지면서 잉여전력 문제가 커졌다. 재생에너지 발전이 계통 수용량을 초과하면서 전력거래소가 급전지시를 요청해 발전소의 출력을 제한한 횟수도 2015년 3회에서 2020년 77회로 늘었다. 제주도에 남는 재생에너지 전력을 육지로 역전송하는 인프라도 필요하지만, 재생에너지의 잉여전력을 수소로 전환해 변동성을 완화하는 P2G 설비도 확충할 필요가 있다. 정부 계획대로 2030년까지 재생에너지 발전량을 20%로 늘릴 경우 재생에너지의 변동성은 전국적 문제가 될 수 있기 때문에 P2G 상용화를 서둘러야 한다. 제주 P2G 실증사업에 참여한 지필로스의 박가우 대표는 “유럽에선 재생에너지로 넘쳐나는 에너지를 회수할 방안으로 수소 전환에 주력하고 있다”면서 “재생에너지 전력이 많이 나올 경우 배터리 에너지저장장치(ESS)로는 한계가 있기 때문에 어떻게든 수소로 변환해 저장해야 한다”고 말했다. 지필로스는 수소연료전지에 특화된 전력변환장치(인버터) 기술력을 바탕으로 재생에너지 연계 P2G 시스템을 설계·구축하는 업체이다. 기술력을 인정받아 산업부가 지정하는 수소전문기업 1호에 선정되기도 했다. 박 대표는 “재생에너지 변동성에도 불구하고 수소를 일정하게 생산하는 제어 기술과 전환 효율이 중요하다”면서 “전력변환장치로 전력을 안정적으로 공급하는 게 우리 기술의 핵심”이라고 설명했다. 장종현 한국과학기술연구원 수소연료전지연구센터장은 수소 ESS가 쌀을 비축하는 것과 비슷하다고 설명했다. 그는 “배터리 ESS는 잦은 충방전과 짧은 시간에 쓰기 좋은 성격이라 재생에너지 보급량이 적은 지금은 큰 문제가 없지만 향후 재생에너지 보급이 늘면 여름에 나온 전기를 겨울에 쓰거나 심지어 올해 많이 생산될 경우 내년에 쓰는 식으로 전기를 수소 형태로 저장하는 게 핵심적인 역할을 할 것”이라고 전망했다. 박 대표는 “인류 역사를 보면 석탄·석유·가스 순으로 탄소가 줄고, 수소가 증가하는 형태로 에너지를 사용했다”면서 “탄소중립을 하자면서 화석연료로 만든 전기로 수전해를 하는 건 말이 안 된다”고 강조했다. 그러면서 그는 “재생에너지와 그린수소는 탄소중립의 동반자”라면서 “재생에너지가 많이 깔려야 그린수소를 만들 수 있고, 그린수소를 많이 만들수록 재생에너지가 전력계통에 더 많이 들어올 수 있다”고 말했다. 제주도와 서남해를 중심으로 풍력발전이 유리한데 배터리, 풍력타워, 조선 등 제조업 강국이라는 이점을 살리면 해상풍력 기반 수소 생산으로 에너지 자립에도 상당히 기여할 것이라고 기대했다. 그린수소 생산·저장·운송 기술 시급 수소는 모빌리티는 물론, 산업 분야의 열 공정과 발전 분야 등 여러 섹터를 연결시켜주는 ‘섹터 커플링’의 대표주자로 거론된다. 국제재생에너지기구(IRENA)는 올해 발표한 보고서에서 탄소중립을 위해 최종에너지 소비 구성에서 전기에너지가 2018년 21%에서 2050년 51%로 증가해야 한다고 밝혔다. 전기에너지의 90%는 재생에너지로 만든 것이라 최종적으로는 재생전기가 45% 정도이다. 수소는 12%를 차지해야 한다고 봤는데 그중 3분 2가 그린수소다. 재생전기로 만든 수소가 전체에서 9%를 차지하는 셈이다. 장 센터장은 “그린수소는 재생에너지의 변환된 형태로 봐야 한다”면서 “그린수소가 여러 산업의 원료로 쓰이고, 난방과 수송, 산업용으로 쓰는 큰 시나리오로 봐야 한다”고 말했다. 아직 그린수소는 드물고 비싸지만 재생에너지 보급 확대와 함께 가격이 하락할 것은 분명하다. 장종현 센터장은 “IRENA의 전망에 따르면 블루수소 가격은 현재 ㎏당 2달러 수준에서 큰 변동이 없고 오히려 소폭 증가하지만 그린수소는 쭉 떨어져 베스트 케이스의 경우 2025년부터 경쟁력을 확보하는 지역이 생기고, 2035~2040년이 되면 평균 경로에서도 경쟁력을 갖는 걸로 나온다”면서 “결국 재생에너지 보급이 제일 중요하지만 그린수소가 충분히 만들어질 때까지는 수소 산업을 발전시킬 수 있도록 블루수소를 먼저 사용할 필요도 있다”고 말했다. 블루수소의 친환경성이 부족하긴 하지만 화석연료를 그대로 사용하는 것에 비해 낫다는 점도 이유로 들었다. 박가우 지필로스 대표가 10월 5일 경기도 용인시 본사에서 주간경향과 인터뷰하고 있다. / 권도현 기자 태양광과 풍력 등 재생에너지 잠재량이 풍부한 칠레나 중동, 호주, 북아프리카의 경우 국제적인 그린수소 생산기지로 부상하고 있다. 윤창원 포항공대 화학공학과 교수는 “재생에너지는 생산과 수요의 지리적 불균형이 크다”면서 “미래에 재생에너지를 널리 쓰려면 재생에너지를 저장하고 운송할 수 있는 캐리어가 필요하다”고 말했다. 이런 에너지 운반체로 수소만 한 적임자가 없다. 수소는 단위 무게당 에너지 밀도가 화석연료의 3배에 달한다. 문제는 저장과 운송이다. 수소는 기체 상태 부피가 커서 영하 253도로 액화시켜 700분의 1 수준으로 줄여 운송해야 하는데 극저온 탱크를 만들기가 쉽지 않다. 그래서 대안으로 ‘액상유기수소저장체(LOHC)’와 암모니아가 주목을 받고 있다. LOHC는 수소를 톨루엔과 같은 유기물과 반응시켜 상온에서 액상으로 만들어 원유를 싣고 오듯이 기존 인프라를 이용해 운송한 후 다시 화학반응으로 수소를 추출하는 방법이다. 해외에서 대량생산된 그린수소를 질소와 반응시켜 암모니아로 만든 뒤 이 암모니아를 가져와 국내에서 수소를 얻을 수도 있다. LOHC는 1m³당 70㎏, 암모니아는 120㎏을 저장할 수 있어 부피를 크게 줄일 수 있고 장시간 보관이 가능하다. 윤창원 교수는 “국내 생산으로 그린수소 수요를 맞출 수 없다면 경제성을 확보한 해외 그린수소 공급망을 빨리 구축해야 한다”면서 “연료전지 쪽은 투자가 많이 된 만큼 생산·저장·운송에서의 원천기술 확보에도 주력해야 한다”고 말했다.

표지 이야기

미국·유럽에서 찾은 ‘수소경제’ 힌트(2021. 10. 08 14:53)

2021. 10. 08 14:53 경제 주영재 기자

ㆍ미국, 80억달러 ‘수소 예산안’ 발표…독일·일본, 수소 생산기술 수출 통한 ‘청정수소’ 도입 전략 한국에서는 수소연료전지를 중심으로 한 수소 활용 측면에 관심과 투자가 집중됐다. 생태계도 대기업 중심으로 형성됐다. 유럽과 미국 등은 수소 생산에 주목하고 있다. 그린수소를 대량으로 생산하는 기술이 핵심이기 때문이다. 재생에너지로 물을 전기분해해 그린수소를 생산하는 P2G 프로젝트는 대부분 유럽에서 진행되고 있지만 캐나다, 호주, 일본, 미국도 참여하고 있다. 문재인 대통령이 10월 7일 인천 서구 현대모비스 수소연료전지공장 투자 예정지에 전시된 포스코 수소환원제철 모형을 살펴보고 있다. / 연합뉴스 미국처럼 화석연료가 풍부한 나라는 이산화탄소 포집·저장 기술을 적용한 블루수소도 최대한 활용할 계획이다. 천연가스를 개질해 수소를 만든 뒤 이때 나온 이산화탄소를 포집해 빈 가스전에 집어넣는 방식이다. 가격 경쟁력과 실효성에서 회의적인 시각이 크지만, 2050년 탄소중립(탄소 순배출량 제로)을 위해 있는 걸 다해야 하는 상황에서 시도 자체는 의미가 있다. 발전 분야에서는 연료전지 발전과 함께 기존 LNG 가스터빈을 개조한 수소 혼소 및 전소, 암모니아·석탄, 암모니아·LNG 혼소 기술도 개발되고 있다. 미국 ‘1 1 1’ 프로젝트 미국은 대규모 투자로 미국 전역에 4개 이상의 수소산업 허브를 조성할 계획이다. 이를 위해 2022년부터 2026년까지 80억달러(약 9조5000억원)의 연방정부 예산을 지원해 수전해 장치 기술 향상과 상용화, 청정수소 생산과 운송·저장 등에 투자하기로 했다. 목표는 그린수소와 블루수소를 합한 청정수소 가격을 2020년 1㎏당 5달러에서 2026년 2달러로 낮추는 것이다. 예산 규모는 전기차 충전 인프라(75억달러)보다 크다. 블루수소와 연계된 탄소포집·활용 부문 예산(87억달러)을 합치면 그 의미가 더 커진다. 수니타 사티야팔 미국 에너지부 수소·연료전지기술국장은 지난 9월 14일 열린 ‘수소경제와 한국의 수소기술 심포지엄’에서 “바이든 대통령은 지난 4월 에너지 장관에게 기후위기를 해결할 결정적 기술들의 개발에 속도를 내줄 것을 요청했다”면서 “모든 분야가 혁신을 요구하는 만큼 단일한 기술이 해법이 될 순 없다”고 말했다. 미국 정부가 수소를 탄소중립을 위한 핵심 수단으로 보고 있다는 뜻이라면서 미국 에너지부가 지난 6월 가진 ‘수소 프로그램 연례 평가회의’에서 10년 내로 청정수소 가격을 1㎏당 1달러로 만들겠다는 ‘1 1 1’ 목표도 세웠다고 소개했다. 미국 정부의 수소 예산안은 수소 생산을 위해 재생에너지뿐만 아니라 천연가스와 석탄발전, 원전을 이용하는 것까지 허용했다. 다만 천연가스, 석탄발전은 탄소포집 설비를 설치해야 한다. 수소 활용도 자동차 등 교통부문과 전력, 민간·상업용 시설 등으로 다양화했다. 윤창원 포항공대 화학공학과 교수는 “유럽의 전략은 확실히 그린수소 쪽에 무게가 크게 실렸지만 미국은 자신들이 가진 셰일가스 등의 천연자원과 이산화탄소 포집·저장(CCS) 기술을 최대한 활용하는 전략을 세웠다”고 설명했다. 세계 최대 수전해 시설 구축하는 유럽 유럽연합과 독일은 그린수소 생산을 늘리고, 산업 전반에서 수소 사용을 확대하는 방향으로 수소생태계 로드맵을 제시했다. 독일은 지난해 6월 발표한 국가수소전략에서 수소생산 1위국에 오르겠다는 목표를 제시하고 수전해 기술 활성화에 나섰다. 내수를 우선 확대한 후 세계 시장으로 확장할 계획이다. 특히 국내 생산량으로는 수요를 다 충당할 수 없기 때문에 자국의 그린수소 생산기술을 수출하고, 이를 활용해 해외에서 생산한 그린수소를 도입하는 전략을 짰다. 유럽연합은 지난해 7월 발표한 수소전략에서 세계 최대 규모의 수전해 생산시설을 구축하겠다고 밝혔다. 2024년 최소 6GW에서 시작해 2030년 최소 40GW를 설치하는 안이다. 수소생산에는 2050년까지 238조~620조원을 투자할 계획이다. 수소 저장과 운송, 충전소 등에는 86조원을 투자한다. 수소 사용을 철강·화학 등 산업용으로 확대하고 수송용 수요도 늘릴 계획이다. 이를 위해 2025년부터 주요 도로 150㎞마다 수소 충전소 설치를 의무화했다. 수소전략 예산이 집행되면서 독일과 스페인, 포르투갈, 프랑스 등에서는 그린수소 프로젝트가 다수 시작됐다. 스페인의 경우 안달루시아 지역 4개 풍력단지를 인근 태양광과 연계해 수전해 생산시설로 개발하는 방안이 추진되고 있다. 태양광과 풍력은 전력 생산 패턴이 달라 상호보완적으로 운영할 수 있다는 장점이 있다. 그린수소 생산에 중심을 두고 있지만 영국, 노르웨이와 공동으로 북해가스전을 이산화탄소 저장소로 활용하는 천연가스 이용 블루수소 생산 기술의 실증 사업도 추진하고 있다. 해외 수소 생산기지 확보 나선 일본 일본은 차세대 성장동력으로 수소에 주목하고 오래전부터 수소 생산기술을 쌓아왔다. 일본의 전략은 독일과 비슷하다. 앞선 수소 생산기술을 수출해 해외와 공동으로 청정수소를 개발하고 수입하는 전략이다. ‘신에너지·산업기술 종합개발기구(NEDO)’가 연구개발·국제협력의 중심에 있다. 수소액화 플랜트, 암모니아 공정, 액상유기수소저장체(LOHC) 등 수소 저장 기술과 해상운송에서도 선두 그룹에 있다. 세계에서 가장 먼저 액화수소 운반선을 만들어 호주에서 실증사업을 추진하고 있고, 브루나이에서는 LOHC에 기반을 둔 수소저장·추출 시스템을 시험하고 있다. 일본은 수소 생산·저장·운송 관련 상용화나 실증사업 규모에서 우리보다 한발 앞서 있다. 한끝 차이로 시장을 장악할 수 있다는 점에서 이 분야 연구개발 투자를 더 적극적으로 진행할 필요가 있다. 김창희 한국에너지공과대학 교수는 “몇년 전만 해도 NEDO에서 우리를 초청해 함께 수소 관련 기술을 발표했는데 이젠 우리를 초청하지도 않고, 우리가 초청해도 오지 않는다”면서 “반도체 산업처럼 한국이 빠르게 추격할 수 있다는 경계심을 갖고 있는 것 같다”고 말했다. 제조업 국가로 에너지 소비가 많다는 점에서 적극적으로 해외 수소 도입을 추진하는 일본의 전략을 눈여겨볼 필요가 있다. 석유 메이저가 시추 기술로 패권을 장악했던 것처럼 해외에 수소 생산공장을 지을 토대를 마련하는 것이다. 장종현 한국과학기술연구원 수소연료전지연구센터장은 다만 일본을 벤치마킹해도 해외에서 수소를 들여오는 것과 국내에서 생산하는 비율을 정하는 문제는 경제적·안보적 측면에서 고민할 부분이 크다고 말했다. 또한 장 센터장은 “해외에서 수소를 들여와도 그 수소가 화석연료 기반이냐, 재생에너지 기반이냐를 중요하게 봐야 한다”면서 “도덕적 차원을 떠나 향후 환경 이슈와 맞물려 원산지 증명이 필요한 상황도 예상된다”고 설명했다. 결국 그린수소 기술을 개발하면서, 그 기술을 이용해 해외의 그린수소를 도입하는 노력이 병행돼야 한다는 말이다. 장 센터장은 “한국은 각종 화학산업과 조선 등 중공업을 비롯해 기반기술이 전부 수소와 궁합이 잘 맞아 우리가 잘할 수 있는 분야라고 생각한다”면서 “정부에서 장기 전략을 갖고 여러 기업이 상호보완하고 상생할 수 있는 방안을 마련하면 좋겠다”고 밝혔다.

표지 이야기

“활용도 다양한 수소, 화석연료 전체 대체 가능”(2021. 10. 08 14:52)

2021. 10. 08 14:52 경제 주영재 기자

ㆍ수전해 연구 전문가 김창희 한국에너지공과대학교 교수 김창희 한국에너지공과대학교 에너지공학부 교수가 10월 6일 주간경향과 인터뷰하고 있다. / 주영재 기자 지난 10월 5일 서울의 아침 최저기온은 22.9도로 1907년 관측 이래 최고를 기록했다. 이상기온은 예삿일이 됐다. 기후위기 대응은 미래의 과제가 아니라 지금 당장 생존을 위한 일이 됐다. 핵심은 탄소 줄이기다. 수소는 재생에너지와 함께 탄소를 줄이는 가장 유력한 수단으로 떠오르고 있다. 재생에너지가 확충될수록 변동성을 완화할 에너지 저장장치로서 수소의 가치가 커진다. 수소는 전기화가 어려운 산업 공정의 열원과 수송 분야의 추진제로 쓸 수도 있다. 수소는 자연 상태에선 대부분 화합물로 존재해 쉽게 구하기 어렵다. 물과 천연가스, 석탄 등에 포함된 수소를 대량으로, 탄소배출을 최대한 억제하면서 뽑아내야 한다. 수전해(물을 전기분해해 수소를 만드는 것) 연구 전문가인 김창희 한국에너지공과대학교 에너지공학부 교수는 수소경제로 가기 위해선 수소 생산 기술 확보가 가장 중요하다고 강조했다. 이달 초 에너지기술연구원 수소연구단장에서 한전에너지공대 교수로 자리를 옮긴 그를 지난 10월 6일 전남 나주에서 만났다. -수전해 연구를 20년 가까이 끌고 왔다. “2004년 에너지기술연구원에 입사할 때 주어진 임무였다. 당시 몇분이 수전해 연구를 했지만 다 은퇴했고, 혼자 하다 보니 시간을 더 들일 수밖에 없었다. 재생에너지의 변동성 문제를 해결할 수단이 수소밖에 없다고 생각했는데 유럽이 모든 분야에서 재생에너지 도입을 추진하면서 확신이 생겼다. 당시 국내 재생에너지 비중이 워낙 낮아 연구를 진행하지 못할 정도로 어려운 시기를 겪었는데 2015년 기회가 왔다. 당시 미래창조과학부 원천기술과장님에게 ‘우리가 너무 손 놓고 있는 것 아니냐’ 설득하고 설명하니 필요한 기술이라면서 과제를 열었다. 그 과제를 계기로 여러 연구진이 수전해 기술과 액상유기수소저장체(LOHC) 기술을 발전시킬 수 있었다. 수소 로드맵 작성에 참여한 전문가풀도 이때 만들어졌다.” -수소경제가 부상하던 2년 전과 비교해 어느 정도 변화가 있었나. “그때만 해도 일반의 관심은 수소연료전지에 조금 국한됐는데 지금은 관심사가 많이 확장됐다. 쫓아가기 힘들 정도로 하루하루 굉장히 다양한 뉴스가 나오고 있다. 기술의 연구개발을 넘어 산업화 측면에 많은 관심과 지원을 하면서 상당히 큰 변화를 맞고 있다.” -수소 생산 기술개발을 서둘러야 한다는데. “(천연가스에서 수소를 추출하는) 개질수소 연구는 괄목할 만한 성과를 내고 있다. (수소) 충전소용 개질기술에서는 우리 중소기업이 일본 오사카가스의 기술을 앞서고 있다. 지금은 버스나 화물용으로 충전소 용량을 넓히는 작업을 하고 있다. 수전해는 연구가 좀 약했는데 그래도 2015년 과제로 어느 정도 투자를 했다. 예산과 인원 규모에서 크다고 할 수 없었지만, 이 과제를 계기로 수전해 스택(물이 전기분해돼 수소가 생산되는 핵심 장치)과 소재 부분에서 원천기술을 확보하고, 해외와 경쟁할 수 있는 수준까지 올라왔다는 점에서 잠재력이 크다고 할 수 있다. 해외는 규모를 키워 상용화 단계까지 왔다. 우리도 원천기술이 있기 때문에 충분히 따라잡을 거라 기대한다.” -수소경제라고 표현하는 이유가 있을까. “화석연료에 기반을 둔 경제와 사회를 모두 바꿀 수 있기 때문이다. 태양광과 풍력은 전기를 만드는 에너지의 일부분이라면 수소는 발전은 물론 가스 형태로 여러 운송수단과 산업 공정에 활용하면서 화석연료 전체를 대체할 수 있기 때문에 경제라는 용어가 적절하지 않나 생각한다.” -재생에너지 잉여전력을 저장할 때 수소의 장점은. “15시간 내로 저장할 때는 배터리가 경제성이 있고 그보다 장기간 저장할 때는 수소가 더 경제성이 있다고 나온다. 우리나라의 경우 여름과 겨울의 태양광 발전량이 두 배 정도 차이가 난다. 장기간, 특히 계절 간 저장이 중요해지면 배터리로는 감당할 수 없다. 또한 배터리는 전기로만 쓸 수 있지만 수소는 여러 용도로 활용할 수 있어 생태계를 확장할 수 있다. 전기화로 전환하면서 부족한 재생에너지 전기를 해외에서 들여올 때도 수소를 에너지 저장매체로 쓸 수밖에 없다.” -재생에너지 잉여전력의 양은. “2025년 시점에서 30% 정도의 잉여전력이 발생할 것으로 예상된다. 독일과 덴마크는 재생에너지가 남아돌 때 주변 국가로 잉여전력을 보내는데 그래도 남아 수전해를 개발하고 있다. 고립된 섬과 같은 우리나라에선 주고받을 데가 없으니 수전해 기술개발에 더 관심을 둬야 한다. 우리나라의 경우 재생에너지 설치용량의 20% 정도로 수전해 설비를 설치하면 운영률(하루 중 가동시간)을 50% 정도 확보해 수소를 경제성 있게 뽑아낼 수 있다.” -재생에너지 확충과 수소 생산이 맞물려 있다. “기술개발을 위해 우선 부생·추출 수소도 활용해야 한다. 하지만 장기적으로는 재생에너지 기반 그린수소로 가야 한다. 원자력도 수전해 관점에선 좋은 에너지원이지만 주민 수용성 문제가 크고, 한번 사고가 났을 때 되돌릴 수 없는 피해가 생길 수 있다. 태양광도 주민 수용성에서 걸림돌이 있지만, 건물 옥상 등에 태양광을 최대한 설치하면 많이 해결할 수 있다고 본다. 송전탑을 건설할 필요도 크게 줄어든다. (전기를 많이 쓰는) 도시에서 지붕형 태양광 등을 최대한 활용해야 한다.” -수전해 수소의 활용처는. “지금은 전력 계통과 가스 계통이 철저히 분리돼 있다. 물론 가스발전으로 가스가 전기가 되긴 하지만 전기가 가스가 된 사례는 없다. 수전해가 유일하다. 앞으로는 수소 가스망과 재생 전력망이 호환돼 전력 생산이 넘칠 때는 수소로 바꿔 가스 배관으로 움직이게 하고, 전력이 부족할 땐 그 수소로 전기를 만들 수 있을 것이다.” -그 과정이 비효율적이라고 보는 사람도 있다. “버려지는 전기를 저장해 우리가 필요할 때 쓴다면 조금 효율이 떨어져도 그만한 가치가 있다.” -수소는 미래의 석유일까. “그것보다 더 크다. 수소는 가스도 되고 전기도 되고, 화석연료 전체를 대체할 수 있다. 화학물질도, 플라스틱을 만들 수도 있다. 태양광·풍력 발전기를 설치하고 그 옆에 수전해 장치를 놓으면 석유를 시추하는 것과 같은 의미이다. 에너지 자립에 일조할 수 있다. 지금까지 화석연료를 쓰면서 지구를 병들게 했는데 수소가 지구의 회복을 도울 수 있을 것이라 기대하고 있다.”

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수소사회 '성큼 '···미래 주도권 누가 잡을까

2020. 07. 01 17:07 재테크 손재철 기자

지난해 11월 북미 상용 전시회에서 선보인 수소전용 대형트럭 콘셉트카 ‘넵튠’이 1일 국내 최초로 공개돼 이목을 끌었다. |현대기아차 제공.“수소사회가 성큼 다가온다.” 미래‘수소 사회·산업’을 한눈에 살펴볼 수 있는 국내 최대의‘수소 모빌리티’ 전시회가 1일 경기도 고양 킨텍스에서 개막한 가운데 현대차가 승·상용 수소전기차와 수소연료전지시스템 응용제품을 대대적으로 알리는 등 미래 수소 사회를 여는 글로벌 리더십 강화에 나섰다. 특히 이번 전시회에선 기존 FCEV인 수소셀전기차 분야는 물론 수소 생산에서부터 저장, 운송 분야에 이어 수년 안에 현실화 목표를 내다본‘PBV’ 도킹 허브 스테이션 등도 살펴볼 수 있도록 꾸며졌다. 아울러 수소 관련 기업들이 국내외 기업들의 전시 부스에서 포럼, 세미나가 진행하며 2일엔 전 세계 주요국의 수소산업 현황과 비전, 전략을 공유하는 국제수소포럼도 열린다. 쇼는 3일까지 수소모빌리티, 수소충전인프라, 수소에너지 분야에서 내로라하는 전 세계 11개국 108개 기업과 기관들이 저마다의 기술력을 선보인다. ‘수소모빌리티+쇼’ 현대차 전시관에 전시된 넥쏘 절개차 앞에서 정세균 국무총리와 정의선 현대차그룹 수석부회장이 설명을 듣고 있다.  |현대기아차 제공. 수소모빌리티플러스쇼 로고▶“미래, 우리가 쥔다” 이날 현대차 부스에는 지난해 11월 북미 상용 전시회에서 주목을 받은 수소 전용 대형 트럭 콘셉트카‘넵튠’이 국내 최초로 공개됐다. 현대차는 향후 3~4년 내로 다양한 차량 개발 등과 더불어 대형 트럭에 최적화된 고내구·고출력의 새로운 연료전지시스템을 개발 양산시킬 계획인다. 킨텍스를 찾은 정의선 현대차그룹 수석부회장은 이날‘제1차 수소경제위원회 회의’ 참석에 앞서 넥쏘의 차기 모델 출시 가능성을 두고 “후속 모델이 나올 것이고 3~4년 이후가 될 것”이라고 답했다. . FCEV 외에도 현대차는 지난 1월 미국 CES에서 공개했던 역동적 미래 도시 구현을 위한‘스마트 모빌리티 솔루션’의 축소 모형물을 전시해 조만간 찾아올 미래 도시를 그려 보였다. 이 모형 전시물엔 UAM(도심 항공 모빌리티), PBV(목적 기반 모빌리티), Hub(모빌리티 환승 거점) 등 모빌리티 솔루션이 유기적으로 연결되는 모습이 담겨졌고 현대차가 실현할 미래 이동성의 개념도 알기 쉽게 표현돼 미래 완성차 시장 내 수소사회 기반 플랫폼 허브 구축 등에 대한 방향성도 살펴볼 수 있다. 현대자동차가 1~3일 경기 고양시 킨텍스에서 개최되는 ‘2020 수소모빌리티+쇼’에 참가해 수소 전용 대형트럭 콘셉트카 ‘넵튠’, 수소전기차 ‘넥쏘’ 등을 선보인다. 사진은 관람객들이 ‘수소모빌리티+쇼’에서 전시된 넥쏘 절개차를 살펴보는 모습.  |현대기아차 제공.▶‘수소 생태계’ 우리가 만든다 현대차는 수소전기차 보급과 수소충전 인프라 확대, 수소연료전지시스템 등 수소사회 구축을 위한 기반 산업 분야 협력사업을 전방위로 펼치고 있다. 이미 지난해 9월 엔진·발전기 분야 글로벌 리더인 미국‘커민스’사와 북미 상용차 시장 수소연료전지시스템 공급 협약을 맺었고 스위스 수소 에너지기업‘H2Energy’와는 합작법인을 통해 올 하반기엔 엑시언트 기반 수소전기 대형트럭을 유럽시장에 공급한다. 또 국내에선 승용에 이어 트럭 등 수소전기 상용차와 수소 충전 인프라를 확대하는 데 속도를 내고 있다. 서울시와 울산시, 창원시 등 지자체와 협력 강화를 해온 지 오래됐다. 지난 3월엔 서울시와 손잡고 수소충전소 확충과 수소전기 승용차·상용차·건설기계 보급을 위해 노력하기로 했다. 완성차 업계의 한 관계자는 “수소차를 기반으로 한 수소사회 구현은 5년 안에 다가올 수도 있는데 전 세계에서 수소사회 로드맵이 가장 빠르게 그려지고 있는 나라가 한국”이라며 “반면 수소충전 플랫폼 확장 분야는 여전히 더뎌 이 부분에 대한 필수성, 안전성 등을 대중에게 적극적으로 알려야 할 시점”이라고 말했다.

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