수소경제는 가장 유력한 차세대 에너지시스템으로 浮上

한국, 2020년 수소연료전지차 500대, 2025년 2만대 보급 계획
이해당사자들 협력 통해 문제 해결해야 수소경제 실현 가능

들어가면서

2000년대 중반까지만 해도 글로벌 수소경제가 2040년까지는 실현된 다는 것이 전문가들의 공통된 전망이었다. 이들 전문가들이 주장한 바로는 미래 에너지시스템이 수소에 근간을 두게 되면서 안류는 더 이상 에너지안보문제와 기후변화를 초래하는 온실가스에 대해 걱정하지 않아도 되는 에너지유토피아가 도래한다는 것이다. 그러나 작금의 사태 추이로 미루어 볼 때 이러한 2040년을 목표연도로 한 글로벌 수소경제의 장밋빛 전망은 기대했던 만큼의 규모와 파장력을 가지고 도래하지는 않을 것으로 내다보인다. 그러나 조금 늦더라도 결국에는 기후변화에 대한 유력한 대응수단으로서 향후 50년 이내에 수소경제가 실현될 것이라는 주장은 아직 유효하다. 2050년까지 수소경제가 실현되기 위해서는 크나큰 도전이 기다리고 있다. 말하자면, 어떻게 수백조 아니 수천조원의 천문학적 자금이 소요되는 수소경제 인프라를 글로벌 및 지역, 국가 차원에서 디자인하고 경영할 것인 가이다.

수소경제 실현을 위한 관건

수소경제 인프라 구축에는 모든 이해당사자들, 즉, 정부와 공급자, 제조회사, 저장회사, 배송회사, 연료전지 및 자동차 회사, 그리고 소비자단체들의 적극적인 참여가 필수적이다. 이들 이해당사자들은 독자적으로는 아무 것도 할 수 없고 서로가 긴밀히 협조해야 만하는 끊을 래야 끊을 수 없는 수직 및 수평적 연관관계를 지니고 있다.

수소는 화석연료의 개질로부터 시작하여 비화석연료인 원자력을 이용한 물의 초고온 플라스마 열분해, 그리고 재생에너지발전 전력을 이용한 물의 전기분해에 이르기까지 다양한 자원과 기술로 생산가능하다. 수소는 생산하는 것으로 끝나지 않고 저장을 필요로 하는데, 이는 기술적으로 상당히  어렵다. 수소는 우주의 기본물질이기 때문에 모든 원소 중에서 가장 가벼워서 어떠한 물질도 오랫동안 수소를 가둬둘 수 없고 곧바로 새어나가 버린다. 따라서 수소경제의 관건 중의 하나는 어떻게 하면 오랫동안 수소를 저장할 수 있느냐는 것이다. 현재로서는 대규모 저장소로서 지하 동굴 같은 곳을 활용하거나, 중규모 저장방법으로서 압축 또는 액화시켜 잠시 저장하는 기술들이 개발, 상용화되고 있다.

저장인프라의 구축에 더하여 필요한 것은 수소의 수송과 배송네트워크의 구축이다. 수송은 주로 수송의 대규모 운반을 일컫는데 현재는 주로 특수운반트럭(tanker truck)을 이용하고 있으나 수소경제가 대규모로 확산될 즈음에는 파이프라인을 이용한 대량수송 수단이 필요하다. 수소수요가 확대되면 더욱 더 신뢰성이 높은 저렴한 배송수단 및 시스템이 구축될 것으로 예상된다. 또 한 가지 방법으로 강구되는 것으로 기존의 천연가스 또는 도시가스 파이프라인을 활용하는 것인데, 이는 이들 가스와 혼합하여 함께 수송한 다음, 마지막에 분리하여 사용처로 옮기는 것인데 중장기적으로 실현가능성이 높은 방안으로 여겨지고 있다.

해외 동향

▪ 미국

수소경제에 관한한 선두주자인 미국의 경우, 에너지안보와 대기오염의 유력한 대응책으로 수송부문에 초점을 맞춘 연료전지차와 수소를 대량보급하는 것을 목표로 하였으나 최근 오바마행정부가 들어서면서 전반적으로 수소프로그램 예산을 줄이고 있다. 반면 일부 주정부 차원에서 연료전지나 수소 관련 산업 지원법과 시범사업을 추진하고 있다. 주별로 각기 다른 특색을 가지고 정치형 연료전지발전시설, 수소연료전지차, 그리고 수소인프라개발에 대한 인센티브제도와 지원정책을 실시하고 있다. 이와 더불어 특기할 만한 사항은 캘리포니아주는 2013년 무공해자동차(Zero Emission Vehicle: ZEV) 계획을 발표하였는데, 2025년까지 캘리포니아주에 150만대의 ZEV를 보급하는 로드맵을 수립하였다.

연료전지차 보급을 위해 특별히 상업용 연료전지차이 운행 가능한 수준과 규모의 수소충전소(Hydrogen Refuelling Station: HRS) 네트워크를 2015년까지 충분히 갖추는 것으로 되어 있다. 현행 계획에 따르면 2015년말 68개소의 수소충전소가 필요하고 본격적 상용화를 위해서는 100개소의 충전소가 들어서야 한다. 이러한 수소충전인프라 구축을 위해 2013년도에 지자체가 표준규격을 지정함으로써 수소충전소 구축에 소요되는 기간과 비용을 크게 절약할 수 있을 것으로 보인다.

▪ 일본 

수소경제의 선두그룹 주자 중의 하나인 일본의 경우, 2014년 4월 11일 일본각의결의안으로 “수소사회 실현을 위한 행동계획”을 전략에너지계획의 중점 추진 어젠다로 채택하였다. 행동계획(Action Plan)의 골자는 1) 정치형 연료전지의 보급 촉진, 2) 연료전차(fueld cell vehicles: FCVs)의 상업화를 위한 시장창출, 3) 수소이용확산을 향한 새로운 용도개발 (수소가스기반 발전 등), 4) 대규모 수소공급체인 개발 (생산·저장·운반), 5) “수소사회(Hydrogen Society)”를 향한 수소·연료전지 로드맵 개발의 5개 항목으로 압축된다. 이와 함께 수소사회 실현을 향한 단계적 접근으로 1단계(~2020년)에는 연료전지 보급에 중점을 두어 추진하고, 2단계(2020~2030년)에 들어가서는 수소화력발전과 수소공급체인 구축에 초점을 맞춰 수소단가를 안정수준으로 낮추고, 마지막 3단계(2040년~)에 가서는 대규모 탄소제로 수소를 기반으로하는 무탄소 수소사회를 이룩하는 것으로 되어 있다. 이렇게 함으로써 수소·연료전지의 새로운 시장을 창출하고, 2030년에 100억달러 규모의 시장이 2050년에 이르러서는 100억달러 규모에 이를 것으로 예상하고 있다.

수송부문의 수소·연료전지 보급과 관련해서는 연료전지상업화협의회(Fuel Cell Commercialization Conference of Japan: FCCJ)는 연료전지차와 수소충전소의 단계적 보급 시나리오를 수립하였다. 동 시나리오에 따르면 2010년까지 연료전지차와 수소충전소의 상업화 기반을 구축하고 1,000개소의 충전소와 2백만대의 연료전지차를 시범보급하는 것을 목표로 하였다. 그리하여 2016부터 상업화가 시작되어 2026년부터는 본격적 상업화 시대로 진입하는 것이었다.

▪ 유럽연합

최근 유럽연합은 2020년까지 1,000개소의 충전소와 50,000대의 연료전지차를 보급하는 것을 목표로 121억 유로를 투힙할 계획을 수립한 바 있다. 이 계획에 유럽의 선두주자인 독일을 위시하여 영국, 프랑스, 스칸디나비아3국이 주축을 이루고 있다. 2040∼50년에 이르러 유럽의 연료전지차 비중이 10∼15%에 달하고 연료전지 시장은 1,000억 유로 수준에 도달할 것으로 전망된다. 연료전지·수소공동기술협력(FCH JTI)은 EU가 추진 중인 전략에너지기술계획(Strategic Energy Technology Plan: SET Plan)의 한 분야로서 최근에는 명칭을 공동추진(Joint Undertakin: JU)으로 바꾸었다.

독일의 경우 청정에너지파트너쉽(Clean Energy Partnership)을 결성하여 2015년까지 50개소의 수소충전소를 설치하고 (4천만 유로), 2017년까지 수소수송프로젝트(H2Mobility Project)를 추진 6개 업체가 100개소의 충전소를 설치하고, 2023년까지 400개소의 충전소를 설치하고 연료전지차 15만대(3억 5천만유로)를 보급할 계획이다. 영국도 이에 질세라 정부지분참여 관민 컨소시엄을 결성, 2015년까지 15개소의 충전소를 설치(7.7백만유로)하고 2020년까지 65개소의 충전소 국가네트워크를 구축할 계획이다. 프랑스와 스칸디나비아3국도 대규모 민간컨소시엄을 주도로 연료전지차 수소인프라의 전국망 구축에 동의하였고, 초기 충전소 네트워크 구축에 정부보조금 지원을 약속하였다. 기타 유사한 프로그램이 오스트리아, 벨기에, 핀란드, 네덜란드, 스위스에서 추진 중이다.

▪ 한국

우리나라는 2005년 정부주도로 친환경 수소경제경제 강국건설을 목표로 수소경제 국가비전 및 실행계획을 수립하였고, 수송부문, 발전부문, 가정상업문의 연료전지 보급목표를 세우고 최종에너지 중 수소비중을 2040년에 15%로, 그리고 BaU 대비 CO₂ 저감 비중을 20%로 전망하였다. 이와 병행하여 수소경제 실현을 위한 장기로드맵을 수립, 2010∼20년 사이에 기술개발을 촉진하고, 2030년까지 수소·연료전지 도입을 추진, 2030년을 기점으로 상용화를 시작으로 2040년에 수소경제가 정착하는 것으로 하였다.

국내 수소연료전차 보급 현황을 보면, 2013년 현대차가 투싼 ix 양산차를 출시하여, 2014년 광주지역에 5대를 시작으로 울산, 서울, 충남지역 보급계획을 수립하였다. 또한 수소충전소 현황을 보면 현재 11개소가 운영 중이여 광주와 충청지역에 각각 1기가 설치 중이다. 2015년에 압축천연가스(Compressed Natural Gas: CNG) 병설 및 그린벨트 내 43여 곳에 수소충전소를 중심으로 수소인프라 구축을 목표로 하고 있다. 또한 환경부 수소연료전지차 보급계획에 따르면 2020년까지 500대, 2025년까지 2만대 보급 목표를 세우고 있으며, 이에 발맞춰 수소충전소를 200개소를 구축할 계획을 수립하였다. 이에 따라 수소연료전차 민간보급을 2018∼20년 사이에 이루어질 것으로 전망된다.

맺는 말

수소경제의 인프라 구축을 원활히 추진하기 위해서는 앞에 놓여 있는 기술적, 경제적 난제들을 해결하여야 한다. 무엇보다도 수소저장, 운반과 관련된 기술의 경제성이 문제인데 이해당사자들(정부, 투자자, 회사, 소비자)의 협력을 통해 문제를 해결하지 않으면 수소경제의 실현은 기대할 수 없다. 수소인프라 구축의 관건은 인구밀도 패턴과 환경의식, 기술과 인프라의 경쟁력, 산업간의 협업, 정부와 투자자간의 통합적, 체계적 접근이다. 이중에서도 비용효과적 수소인프라 구축에서 핵심 이해당사자는 정부이다.

현재 상황으로는 수소와 연료전지 기술의 본격적인 상업화는 아직 갈 길이 멀다. 그러나 산업계는 화물차, 무정전전원(UPS), 간이발전기 등의 틈새시장 제품을 개발, 보급하고 있다. 수소경제의 문제, 장애요인에 대한 깊은 이해를 통해 효과적인 대응책의 강구와 수소경제의 실현을 위한 우호적 환경을 조성할 수 있다. 그러나 수소·연료전지 기술의 대규모 보급에 대한 주요 장벽은 기존 에너지 시스템을 중심으로 한 저항이다. 이러한 갈등을 해소하기 위해서는 미래혁신기술들이 시간을 갖고 단계적으로 도입되도록 하는 것이 바람직하다.

수소경제의 도래에 따른 경제 및 사회적 파급효과는 상당할 것으로 보이고, 온실가스 저감을 목표를 달성하는 데도 크게 기여할 것으로 판단된다. 수소경제에 이르는 진로를 단축하고 종종 언급하는 “닭이 먼저냐, 달걀이 먼저냐”라는 딜레마를 해결하기 위해서는 광범위한 정부 및 공공지원이 필요하다. 에너지경제시스템이 전혀 다른 새로운 에너지시스템으로 전환하는 것은 보통사람들의 생각으로는 불가능한 것처럼 보일지도 모른다. 그러나 과거에 인류는 수차례에 걸쳐 이러한 과정을 거쳤다. 즉, 나무로부터 석탄, 석탄에서 석유, 석유에서 전기로 전환한 사실을 역사적으로 알고 있다. 이제 우리 인류는 기후변화라는 대명제 앞에 현재의 화석에너지를 뛰어넘어 새로운 에너지시스템으로 전환될 기로에 서있다. 이러한 가운데 수소경제가 가장 유력한 차세대 에너지시스템 주자로 떠오르고 있는 것이다.