▣ 친환경 전지융합 실증화단지 구축사업 현황 소개 및 사업성 분석

두산·에스퓨얼셀, 총 800㎾급 FC 구축

25㎾·50㎾·100㎾급 총 14기로 구축 예정
스마트팩토리 도입 시 잉여수소로 수익창출 가능

사업 2차년도에 FC 효율 끌어 올릴 것

친환경 전지융합 실증화단지 구축사업에 기업으로는 (주)두산퓨얼셀과 에스퓨얼셀(주)가 참여하고 있으며, 울산대학교가 개발평가분석을 수행하고 있다.

먼저 두산퓨얼셀은 25㎾, 100㎾급 시스템 설계, 제작 및 실증과 모니터링 시스템 구축을 목표로 사업을 추진하고 있으며, 25㎾급 4기, 100㎾급 4기로 총 500㎾급 고분자전해질연료전지(PEMFC)를 친환경 전지융합 실증화단지에 설치할 계획이다.

또 에스퓨얼셀은 25㎾급단일 스택 모듈을 개발하고, 50㎾급 시스템 설계 제작 및 운영을 목표로 추진하고 있다. 최종 50㎾급 6기 PEMFC 시스템을 설치할 예정에 있어, 이번 사업에 두 기업은 총 800㎾급 PEMFC 연료전지 설치가 목표다.

지난 5월 30일부로 사업 1차년도가 종료됐으며, 1차년도에 두산퓨얼셀은 30㎾급 스택 개발을 통해 25㎾급 PEMFC 연료전지시스템 개발을 완료했다. 무게가 무겁고, 환경적인 문제 등을 고려해 두 개의 모듈로 제작해 연결하는 모형으로 진행할 계획이다.

에스퓨얼셀은 50㎾급 시스템을 개발하기 위해 25㎾급 PEMFC 스택 개발을 170셀 수준으로 설계해 개발을 완료한 상황이다. 특히 에스퓨얼셀은 시스템 설계에 있어 모듈에 중점을 뒀으며, 50㎾급 시스템을 개발해야 하기 때문에 25㎾급 연료전지 시스템의 모듈을 탑재해 50㎾급을 설치하는 것을 목표로 하고 있다.

뿐만 아니라 울산대학교는 PEMFC 시스템을 운영할 수 있는 운전로직과 연료전지 폐로 성능시험을 수행했다.

2차년도의 추진계획 중 두산퓨얼셀은 △25㎾급 PEMFC 스택 및 시스템 개선 △100㎾급 PEMFC 시스템 개발·제작·평가 △시스템 및 설치 환경에 따른 안전·설치 기준 확보를 진행할 계획이다.

또 에스퓨얼셀은 △25㎾급 스택 효율 향상 및 스택 셀전압 강하률 평가 △50㎾급 연료전지 시스템 제작 △연료전지 제어프로그램 설계 및 제작을 진행한다. 특히 두 기업은 사업 2차년도에 효율적인 측면을 더 상승시킬 계획이다.

아울러 울산대학교는 △우전조건 선정을 위한 상대습도별 성능평가 △부하된 전류밀도에 따른 가스 이용률 △내구성 저하인자 도출을 위한 가속 시험 △수소 Recycle 방법 최적화 등을 추진하게 된다.

FC·부생수소 연계한 수익 창출 방안

이미 선진국들은 수소 경제 진입을 위한 로드맵을 구축 중에 있으며, 국내의 경우 부생수소를 연료전지 등의 적용해 고부가가치화를 추진할 필요가 있다. 즉 연료로 사용되는 상당량의 부생수소를 에너지원의 원료나 기타 공정의 원료로 재활용하거나 신산업에 적용하여 고부가가치 수소로의 전환이 필요한 것이다.

먼저 이를 위한 발전방안으로 부생 수소를 활용한 발전을 위한 특수목적법인이 설립됐다는 가정을 했을 때, 석유화학 공단 내 연료전지를 설치해 파이프라인 또는 탱크로리 등으로 수소를 공급하는 방안이다.

이 방안을 토대로 진행된다면 SMP와 REC를 판매는 물론 에너지 프로슈머 사업에도 참여해 생산된 전기를 전기 소비자에게 판매하게 된다면, 수익도 창출 할 수 있을 것으로 보인다.

이를 위해 수소가격을 150원/Nm³, 연료전지 1㎾당 가격을 1200만원으로 공급할 수 있다는 가정 하에 투자 타당성을 검토해본 결과, 부생수소를 활용했을 때 100㎾급 연료전지 시스템 용량에서, 운영 기간 내 회수 이익률이 적정 수준으로 났다.

또 200㎾~1000㎾까지의 용량은 운영기간인 20년 동안 지속적인 수익이 발생할 수 있음으로 투자가 가능한 기간임을 확인했다.

두 번째 방안은 스마트팩토리(Smart Factory) 개념의 도입이다. 현재 수소 공급 형태는 부생수소 수요자가 보유한 수소 저장탱크 용량이 한계에 도달한 경우 혹은 수요자가 수소를 사용하지 않는 경우 공급된 수소는 버려진다.

반면 스마트팩토리 개념을 도입한 후에는 지하 파이프라인 등 공급망을 보유한 공급 회사에 연료전지를 보급하면, 수소 잉여분이 생겼을 때 연료전지를 통해 수소를 버리지 않고 활용할 수 있어, 전기 및 SMP·REC 등의 수익성 확보와 동시 에너지 사용 효율화도 기대할 수 있을 것으로 보인다.

즉, 버려지는 부생 수소를 사용해 수소 구매비를 절감하게 되고, 20㎾~100㎾급 연료전지 시스템 설치 시 약 7.3~8.8년 기간 내 손익분기점(BEP) 도달이 가능할 것으로 판단돼 투자 가능한 수준이다.

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▣ 신재생에너지 관련 제도 및 향후 추진방향 

수소경제사회는 선택이 아닌 필수

신재생E비율, 폐기물↓, 연료전지·태양광·풍력↑
올해 규제완화·공기업투자·해외동반진출·기반구축 추진

에너지·기후변화 현실로 닥쳐

현재 입장에서 에너지의 고갈문제는 고갈로 표현하기 보다는 친환경적인 에너지를 어떻게 하면 안정적으로 공급할 것인가에 초점이 맞춰져야 할 시점이다.

지구상에 이산화탄소(CO₂)농도가 산업혁명 이전에는 280ppm 정도의 수치를 보였다. 하지만 산업혁명 이후 현재 많은 화석연료 사용으로 대기 중 CO₂ 농도가 400ppm으로 상승해 있다. 이처럼 계속 CO₂가 상승할 경우 오는 2100년에는 1000ppm으로 증가할 것으로 보인다.

즉 지구상의 온도가 6℃정도 상승할 것으로 보이는데, 지구 온도가 상승한다면 대부분의 생명체가 적응하지 못하고 멸망하는 결과를 초래하게 된다. 그렇기에 파리기후협정을 통해 1.5~2℃ 이내로 안정화 시키자는 발의가 채택돼 진행하고 있다.

국내도 이러한 기후변화에 영향을 벗어날 수 없다. 과거 겨울철 명태가 많이 잡혀 동태를 주로 섭취했지만, 현재 명태가 국내 해안에서 잡히지 않는 반면 난류성인 오징어가 많이 잡히는 상태다. 또 사과 재배도 대구에서 강원도로 점점 북상하고 있어, 기후변화는 우리에게 닥친 현실이다.

이런 상황에서 전세계적으로 기후변화에 대응하기 위해 지난 1997년 교토의 정서가 채택했고, 지난해 연말 신기후체제가 파리협약을 통해 추진되고 있다. 국내 역시 지난 2008년 저탄소 녹색성장 국가비전을 선포한 뒤, 2015년 배출권거래제 시행 등을 추진하고 있다.

국제에너지기구(IEA)에서 세계 온실가스 감축시나리오 및 감축수단을 연구한 결과, 실질적인 대안은 신재생에너지와 에너지효율향상 등이라고 밝혔다. 연구 결과에 따르면 신재생에너지가 온실가스 감축에 약 30% 기여할 것으로 예측했다.

이에 국내도 파리협정을 통해 오는 2030년까지 온실가스를 37% 감축하겠다는 목표를 세웠고, 그 중 25.7%를 신재생에너지 및 에너지신산업 육성을 통해 감축하며, 나머지 11.3%를 해외 감축사업 및 배출권을 구매할 계획이라고 밝힌바 있다.

정부 2035년까지 신재생E 비율 11% 달성

국내 신재생에너지보급현황은 1차에너지 대비 4%, 발전량대비 5%를 보이고 있어, 해외에 비해 많이 낙후된 상황이다.

신재생에너지는 국내에 지난 1987년 대체에너지로서 보급이 시작됐다. 그 후 2001년도 FIT 시행을 통해 보급이 급성장하기 시작했고, 2012년 RPS제도를 통해 신재생에너지가 한 번 더 성장하는 보급추의를 보인다.

2012년 RPS제도 이후 국내 신재생에너지투자 확대와 국내 산업육성, 비용절감 등의 성과를 통해 지속적으로 성장하고 있는 것이다.

특히 지난해 신기후체제가 출범하면서 신재생에너지 산업에 더 큰 성장과 기회가 제공될 것으로 판단된다.

하지만 국내는 외국과 비교했을 때 좁은 국토면적으로 재생에너지 자원이 부족한 상황이고, 환경·입지규제, 주민 수용성 저하로 신재생에너지 보급에 제약이 있는 상황이다.

이러한 문제점이 있지만 정부는 신재생에너지 중장기 보급 목표를 2035년까지 11%를 당성하겠다고 밝혔다. 특히 60%를 차지하는 폐기물의 비중을 20%로 낮추고, 연료전지와 태양광, 풍력을 3대 산업 축으로 선정해 집중 육성할 계획이다.

또한 R&D기반을 통해 산업화 및 보급의 벨류체인을 구축하고, 중장기적으로 신재생에너지원간 융·복합을 추진하는 한편, 산업화 촉진을 위해 신재생에너지 표준 및 인증 등 기반을 강화할 방침이다. 이와 함께 연료전지, 태양광, 풍력 등 기존에 구축된 테스트베드를 통해 클러스터 산업을 추진하고 있다.

뿐만 아니라 보조금·금융지원과, 설치의무화 등을 지원하고 시장기능을 갖춘 에너지원은 친환경에너지타운 등을 통해 새로운 사업모델을 개발할 방침이다.

신재생에너지원으로 수소가 집중 육성돼야

정부는 올해 신재생에너지 보급 확대와 수출산업화를 위해 올해 규제완화, 공기업투자, 해외동반진출, 기반구축 등이 진행 중이다.

규제완화를 통해 신재생에너지가 투입되는 입지와 환경 분야의 규제를 완화할 것이며, 규제프리존을 통해 전국적으로 모든 규제를 해소하긴 어렵지만, 특정 산업단지 등과 같은 곳의 규제를 해결해 산업을 키울 수 있게 준비하고 있다.

또한 전력공기업의 공격적 선도투자를 유도하고, 소규모 신재생에너지발전사업자의 계통접속 애로사항 해소, 지속적인 신재생에너지 R&D 지원을 추진하고 있다.

특히 지난 2013년 수소산업 발전과 미래에너지 수소를 육성하기 위해 울산 수소타운 시범사업을 진행했고, 세계 최대의 수소타운을 운영하고 있다. 아울러 이번 친환경 전지융합 실증화단지 구축사업을 진행해 화석연료 기반을 수소연료 기반으로 대체하는 산업을 육성하기 위해 집중 지원하고 있다.

지난해 파리협정 이후 지구온난화를 해결하기 위한 온실가스 감축을 위해선 결국 수소경제로 돌입해야 하는 시점에서, 수소가 결국 신재생에너지원으로써 집중적으로 육성돼야 할 것이다.

이미 미국과 일본 등은 수소를 이용해 수소산업을 육성하기 위해 집중 노력하고 있는 상황이고, 일본도 수소연료전지를 에너팜을 통해 경제성을 확보한 상황이다.

정부도 외국의 사례처럼 수소에 대해 지속적으로 로드맵을 설정하고, 산업육성을 위해 정부차원에서 나설 계획이다.