□ 기후변화와 한국의 탄소중립

우리는 봄이 왔다고 느끼는 것은 주변에 피는 꽃을 보고 안다. 한국에서 봄을 대표하는 꽃은 개나리, 진달래 그리고 벚꽃이며, 꽃이 피는 시기에 맟추어 사람들은 여행을 시작하곤 한다. 그런데, 이러한 봄꽃들의 개화시기가 점점 앞당겨지고 있고 봄은 더 빨리 오고 더 빨리 사라지면서 기후가 변화되는 상황을 우리는 느끼고 있다[그림 1]. 벚꽃은 1925년에 비해 2023년에는 거의 3주가 빨라지고 있음을 그림 1에서 보여주고 있어 기후변화의 증거가 되고 있다.

한편, 기후변화는 지역적으로 발생하지 않고 있으며, 지구 상 모든 곳에서 빠르게 발생하고 또한 그 강도가 악화되고 있다. 이러한 사실은 일본에서의 벚꽃 개화시기도 한국과 같이 앞당겨지고 있다는 것을 살펴볼 수 있다[그림 2].

유엔 IPCC(기후변화에 관한 정부 간 협의체) 제58차 총회에서 195개국 승인을 통해 채택된 ‘제6차 보고서’(2023년 3월 발간)에서는 기후변화에 대한 범지구적 대응을 촉구하고 있으며, 2030년까지 온실가스 배출을 50% 감축과 필요한 행동을 할 것을 제안하였다. 국제사회의 온실가스 감축 방향에 따라 한국에서 국제사회에 약속한 탄소중립정책 이행을 위해 탄소중립녹색성장위원회에서 2023년 3월 21일 탄소중립법에 의해 수립되어야 할 ‘제1차 국가 탄소중립녹색성장 기본계획(2023~2042)’의 개요를 발표했다. 국가 온실가스 감축 로드맵에서는 이전에 선언한 2018년 대비 2030년까지 온실가스 40% 감축은 그대로 유지하도록 했다. 다만, 산업계에서 40% 감축달성이 어려운 부문이 많아, 발전부문에서 온실가스 감축을 기존 44.4% 감축에서 더욱 강화시켜 45.9%로 상향시켰고, 수소 활용을 기존 760만톤에서 블루수소 등을 추가하여 840만톤으로 상향시켜 국내에서 수소에 대한 투자와 확대를 위한 비전을 제시하고 있다.

□ 국내 수소 산업 현황

국내 수소 산업은 정부의 강력한 추진 의지와 지원으로 모빌리티 및 수소연료전비 발전소 분야에서는 세계 1위의 보급을 가지고 있다. 2023년 2월 기준 수소 관련 통계는 수소전기자동차는 30,548대로 3만대를 돌파하였고, 수소충전소도 231기가 구축되어 수소전기차 보급을 지원하고 있다. 또한 발전용 연료전지는 누계 893.97㎿이 설치되어 운영 중이다. 이러한 눈부신 수소 산업과 함께 한국은 회색수소(Grey Hydrogen) 기반의 산업으로 발달 시켜 수소산업이 성장하면서 온실가스 감축이 되어야 하지만, 실제로는 온실가스 감축이 거의 없는 수소산업이었다.

한편, 국제 에너지 산업은 러시아의 우크라이나 침공으로 촉발된 에너지위기 시대가 왔고, 국제적으로 에너지 확보에 대한 우려가 높아지면서 기존 에너지원인 석탄, 석유 그리고 천연가스 확보 쟁탈전과 함께 에너지 자립을 확실하게 할 수 있는 수소에 더욱 집중하는 경향을 보여주었다. 즉 수소는 온실가스 감축과 함께 에너지 안보에 있어서 없어서는 안 될 존재가 되어가고 있다는 것이다. 그러나 국제사회에서 수소라고 애기하는 것은 한국이 알고 있는 회색수소(Grey Hydrogen)가 아니라, 청정수소(clean hydrogen)를 주로 의미한다. 유럽, 미국, 일본에서 수소는 여전히 천연가스와 석탄에서 제조하는 회색수소 이지만, 동 산업은 수소제조 과정에서 CO2를 대량 방출하고 정부 지원금은 없어서 실제 투자는 사업자 스스로 해야 하며, CO2 배출로 오히려 탄소세 부과를 걱정해야 하는 산업이 되었다.

□ 국외 수소 산업 현황

수소위원회(Hydrogen council)에 따르면 전 세계 수소는 2020년 기준 9천만톤이 생산되어 사용되어 있으며, 대부분의 수소는 천연가스 혹은 석탄 기반의 회색수소로 생산되어 지고 있다. 한편, 2050년까지 수소가 글로벌 온실가스 넷제로를 달성하기에 필요한 부문별 수요 전망을 수소위원회에서 그림 3과 같이 제시하였다. 수소는 탈탄소가 어려운 모빌리티 분야에서 가장 많이 활용되고 그 다음으로는 발전과 빌딩/산업의 열 순으로 활용될 것으로 전망되어 진다.

수소위원회의는 미래 수소 생산은 현재의 회색수소에서 블루와 그린수소로 전환되어 생산, 저장 및 보급 될 것으로 판단하고 있으며, 2050년가지 전 세계가 탄소 배출량 제로에 도달하고 지구 온난화를 1.5℃로 제한되는데 수소가 핵심적 역할을 할 것으로 판단하였다. 또한 청정 수소는 재생가능전력, 바이오연료 또는 에너지 효율 개선 등의 솔루션과 함께 철강, 해양, 항공산업과 같은 부문에서 탈탄소화를 위한 유일하고 확장 가능한 솔루션을 제공할 것으로 수소위원회에서는 분석했다. 수소가 탈탄소화 솔루션을 제공한다면, 2050년에 청정수소 즉 저탄소 및 재생수소 수요는 6억 6천만톤이 발생할 것으로 수소위원회에서는 전망했다.

□ 글로벌 수소는 청정수소 산업 시대로의 진입

청정수소는 수소 1㎏ 생산할 시 발생하는 CO2양이 일정량 이하로 발생한 수소를 말하며, 각 국가별로 청정수소 기준이 조금씩 상이하다. 청정수소와 관련된 에너지시스템에서의 청정수소 경로는 다음의 그림 5로 나타낼 수 있다. 청정수소는 재생전기와 수전해 시스템이거나 메탄/바이오가스의 개질 반응과 CCUS기술이 접목되어 주로 생산되어서 육상, 항공 모빌리티, 난방, 발전 및 산업, 수소화합물 형태로 다양하게 활용될 것으로 전망된다.

청정수소 프로젝트는 생산, 산업체 사용, 수송, 인프라 프로젝트 등에 연계되어 개발 중이며, 수소위원회에서 발표한 통계에 의하면 2022년 5월 기준 약 522개의 프로젝트가 선언되어 추진 중에 있다. 가장 많은 청정수소 프로젝트가 추진되는 곳은 유럽이며, 그 다음으로는 아시아/중국이고, 미국, 캐나다는 3번째로 청정수소 프로젝트가 개발 중이다. 유럽은 유럽연합과 회원국의 강력한 지원에 힘입어 청정수소를 통한 에너지안보와 온실가스 감축 그리고 일자리창줄/산업육성 등의 편익을 기대하면서 프로젝트 추진 중에 있으며, 23년 3월에 청정수소 인증 초안(탄소집약도 3.38㎏COe/㎏H2, 온실가스 감축 70%, 비생물기반)을 발표했다. 아시아 지역에서는 중국이 전체 청정수소 프로젝트의 절반 이상을 차지하고 있고, 그 영향으로 알카라인 수전해 가격은 세계에서 가장 저렴하게 솔루션을 제공할 능력을 보유하고 있다. 이러한 청정수소 프로젝트들은 초기에는 소규모에서 지금은 GW규모의 대규모 투자와 건설이 추진되거나 선언 중이다.

한편, 북아메리카의 대표 국가인 미국은 인프레이션감축법(IRA, ‘22.8)를 통해 청정수소에 대한 기준을 4.0㎏COe/㎏H2로 설정하였고, 동 기준에 적합한 청정수소에는 세금감면, 보조금 지급 등의 대규모 지원책을 발표하여 미국 기업과 해외 주요 기업이 미국에서 사업을 영위하기 위한 기술 및 생산투자가 활발하다. 예를 들어 바이든 대통령은 2023년 4월에 미국 커민스사를 방문하여 저탄소 엔진 및 수전해 투자를 동 회사로부터 이끌어 내도록 하면서 미국 정부의 지원을 약속하기도 하였다.

□ 청정수소 시대에서의 발전방향 제언

2022년부터 글로벌은 회색수소에서 청색, 녹색인 청정수소로 산업을 전환시키고 있고, 2023년은 도약을 위한 한 해가 되도록 선진국의 주요 기업(Air Products, Linde, Air Liquide의 가스 3사, 전력회사, 천연가스회사 등)이 청정수소 기술 및 사업개발을 진행하고 있다. 수소 활용에서는 한국이 현대자동차를 통해서 육상 수소 모빌리티에서는 세계를 리딩하였지만, 발전, 산업 등의 기타 분야에서는 아직 선진국을 따르는 fast follower 역할을 하고 있는 상황이고, 이러한 수소도 회색인 것이 이슈이다.

애플, 구글 같은 글로벌 IT기업은 온실가스 감축을 위해 2030년까지 넷제로 선언과 공급망에서의 탄소 배출을 줄이기 위해 한국 삼성전자, SK하이닉스 및 LG그룹등에 탈탄소되는 부품을 공급하는 요구가 갈수로 커지고 있어서 한국 제조업에서의 수소 활용이 중요하게 되고 있다.

국내 기업 발전과 온실가스 감축 위해 다음을 제언 드린다.

첫째 청정 수소 생산의 50%는 한국 영토나 한국이 지배적인 해외 사이트에서 생산되어야 한다. 정부도 청정수소 자립률을 60%로 잡았지만, 청정수소는 에너지안보면에서 자립화를 구축해야 글로벌 위기 상황에서 수소에너지 자원을 확보할 수 있으며 이에 대한 정부, 민간 공동 노력이 필요하다.

둘째, 청정 수소화합물에 대한 개발과 실증에 더 많은 투자가 필요하다. 청정수소화합물은 청정암모니아, 청정메탄올, SAF를 말하며 청정수소를 직접 사용할 수 없는 분야나 기존 산업분야에서 잘 사용하고 있는 화합물이기에 이를 통한 운송, 저장 및 활용에 대한 응용이 더욱 요구되고 있다.

셋째, 우리나라는 삼면이 바다로 되어 있기에 해상풍력과 섬 혹은 강을 묶는 수소아일랜드 프로젝트를 추진하였으면 한다. 육상의 태양광과 풍력 보급에 한계가 존재하고 바람이 풍부한 해상풍력을 이용하여 생산된 재생전기를 기존 섬, 인공 섬에서 수소를 제조한 후 이를 육지로 운송, 활용하는 것의 검토가 필요하다.

이렇게 제조된 청정수소를 국내 주요 강에 수소 혹은 독성이 적은 수소화합물 예를 들어 청정메탄올 저장 및 공급설비를 구축하거나 부유식 분산형 수소/수소화합물 발전을 실시하고, 도시에 있는 주유소에는 청정수소와 청정메탄올 공급하여 수소연료전지 자동차와 메탄올 내연기관을 통한 종합적인 온실가스 감축이 발생하는 실증이 필요하다.

넷째, 청정수소 인증에 CCUS를 일정 기간 동안 적용할 수 있도록 하여, LNG에서 개질되는 수소와 개질시 발생하는 CO2를 포집 활용하는 전략으로 청정수소의 가격경쟁력 확보 및 산업 육성이 되는 시장 초기 진입 전략이 필요하다.

다섯째, 청정수소를 사용하는 발전은 중장기 청정수소 개발이 촉진되고 장기 계약이 되도록 하기에 청정수소 발전을 조기 실시하는 기관에게는 인센티브 지원을 확대하였으면 한다.

저자는 상기 제언이 국내에서 실현되면 온실가스 감축, 산업발전 그리고 일자리 창출 등의 다양한 편익이 발생할 것으로 기대하면서 기고를 마친다.