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[지상중계] 제1회 충청남도 수소에너지 포럼
남영태 기자  |  nam@gasnews.com
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[1279호] 승인 2016.12.16  17:00:03
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충청남도가 주최하고 미래창조과학부, 산업통상자원부, 현대자동차가 후원한‘ 제1회 충청남도 수소에너지포럼’이 지난 1일 충남 고마복합예술센터에서 열렸다. 이번 수소에너지 포럼은 한·중·일 수소 및 연료전지 전문가들이 참석해 각 국의 수소산업에 관련한 정보를 공유하고 최신 기술 동향을 파악할 수 있는 좋은 기회가됐다. 본지는 이 중 일본 경제산업성 수소연료전지전략실 가와무라 신야 과장과 중국 퉁지대학 자동차대학원 짱춘만 교수, 충청남도 에너지산업과 김정호 과장이 발표한 수소사회구현을 향한 대응의 가속화, 중국 수소 및 연료전지 자동차 개발 전략, 충청남도 수소경제사회 구현 전략을 정리해 소개한다.
정리=남영태 기자 nam@gasnews.com

▣ 수소사회구현을 향한 대응의 가속화

2025년 연료전지차 20만대 보급 예정

   
▲ 일본 경제산업성 수소연료전지전략실 가와무라 신야 과장

수소충전소도 320개소 계획 자립적 보급 실현

일본정부는 지난 3월 현 시점부터 중점적으로 실시할 1단계와 2020년 후반에 실시할 2단계, 2040년경 실현할 3단계로 수소·연료전지 로드맵을 개정해 발표했다.

특히 2단계를 통해 수입하는 수소가격을 30엔/N㎥로 2030년경 해외에서 미이용 에너지를 통한 수소제조 및 수송·저장을 본격화하고, 발전 사업용 수소발전을 본격 도입한다는 계획이다. 아울러 3단계는 CCS나 국내·외 신재생에너지 활용을 조합해 이산화탄소 프리수소의 제조, 수송 및 저장을 본격화한다는 계획이다.

먼저 1단계에서는 수소이용의 비약적 확대를 통해 연료전지를 사회에 본격적으로 도입시킬 밑바탕을 만들겠다는 계획이다.

일본의 가정용 연료전지인 에너팜은 지난 9월까지 18만대 이상이 가정에 보급됐으며, 1단계를 통해 에너팜이 조기에 시장 자립화할 수 있도록 2020년까지 140만대, 2030년 530만대를 보급시키고, 현재 개발 중인 업무·산업용 고체산화물연료전지(SOFC) 시스템의 보급 및 확대도 꾀한다는 방침이다.

이에 현재 약 120~180만엔(한화 약1200~1800만원)인 연료전지의 소비자 가격을 고분자전해질연료전지(PEMFC)의 경우 2019년까지 80만엔(한화 약 800만원)까지, SOFC는 2021년까지 100만엔(한화 약 1000만원)까지 가격 저감을 실현한다는 목표다.

일본은 명확히 제시한 목표가격을 달성하기 위해 PEMFC의 경우 2019년까지 스택 20%, BOP 30%, 연료처리기기 20%, 제어기 5%, 저장조 25% 등 부품의 가격을 저감을 실현한다. 또 SOFC 역시 같은 부품 중제어기를 제외하고 45%, 20%, 5%, 30% 낮춘다는 방침이다.

이와 함께 일본 정부는 연료전지자동차와 수소충전소 보급 목표도 명시했다. 수소차의 경우 2020년까지 4만대, 2025년까지 20만대, 2030년까지 80만대를 보급하고, 수소충전소는 2020년 160개소, 2025년 320개소를 건설할 예정이다. 뿐만 아니라 2020년경 후반까지 수소충전소 사업의 자립화를 목표로 삼았다.

특히 연료전지자동차의 경우 적정 가격 실현과 가격 경쟁력을 위해 오는 2025년까지 하이브리드 자동차와 대등한 가격으로 낮추겠다는 계획이다. 또한 현재 1000~1100엔/kg의 수소가격을 전략적으로 단계별 하이브리드 자동차의 연비비용과 비슷한 가격으로 책정하고 2020년경 가격을 더 낮추겠다는 방침이다.

특히 일본은 현재 안전관리법 등의 규제로 수소충전소 1기 구축에 약 4억엔(한화 약 41억원)이 투자되는데, 현재의 안전수준을 유지하면서 미국과 유럽 등과 같이 구축 가격을 낮춰 건설할 수 있는 방안을 모색하고 있다.

일본은 향후 신재생에너지 도입이 확대될 것으로 판단, P2G(Power to Gas)를 이용해 수소를 생산하면서 대규모 및 장기적에너지 저장을 실현한다는 계획이다.

특히 계통에 접속할 수 없는 신재생에너지원을 활용해 수소를 생산하는 에너지 시스템을 연구·개발해 신재생에너지의 도입과 에너지 절약이 함께 병행되는 효과를 만들고, 이를 통해 지진 등 재해 시 자립형 에너지 공급망으로도 추진한다는 계획이다.

즉, 저장성이 높은 수소를 활용해 필요할때 원하는 용량만큼 꺼내 사용할 수 있는 에너지 저장기술 개발 및 상용화에 초점을 맞춰 진행한다는 계획이다.

또한 일본 정부는 수소의 활용 확대를 위해 세계 최초로 후쿠시마에서 ▲신재생에너지를 이용한 수소 제조 ▲안전하고 효율적인 수소의 수송 및 저장 ▲수소사회실현에 필요한 ‘수소 수요 확보’를 위한 원스톱 생산방식모델을 전 세계로 전파해, 후쿠시마를 신재생에너지와 미래의 수소사회를 개척하는 서구의 땅으로 조성할 계획을 수립 중에 있다.

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▣ 중국 수소 및 연료전지 자동차 개발 전략

P2G·CCS 기술 통한 수소 생산·저장

수소버스 상용화 後 트럭·승용차 등 보급계획

   
▲ 퉁지대학 자동차대학원 짱춘만 교수

중국은 지난해 수소생산량이 약 2천만톤에 이르는 등 지난 2010년부터 세계 최대의 수소 생산국이지만, 생산되는 수소의 약 97%는 화석연료에서 나오며 대부분 합성 암모니아, 석유 및 화학 산업에 사용된다.

또한 중국의 재생에너지는 빠르게 성장하고 있다. 풍력발전과 태양광 발전의 생산량은 세계 1/4 이상인 1억7000만㎾에 달하며, 이 생산량은 2020년 말까지 각각 200GW, 100GW를 초과할 것으로 예상되며, 2050년 말까지 두 에너지원의 생산량은 1000GW가 넘을 것으로 전망된다.

그러나 중국은 신에너지 설비 용량의 급속한 증가로 인해 세계에서 가장 심각한 전력 감축 국가로 꼽히고 있다. 지난해 중국의 풍력·수력·태양광발전의 감축량을 조사해본 결과 각각 339억㎾h, 462억㎾h, 40억6500만㎾h에 달해, 현재 중국 에너지 구조문제 중 전력 수급구조에 대한 재정비가 요구되고 있는 상황이다.

이렇듯 중국의 풍력발전은 현재 화북, 동베이, 시베이지역에서 태양광은 화북, 서북, 서남지역에 분포돼 있는데 국토 면적이 넓은 중국에서 재생에너지를 이용한 발전 후 생산된 전력을 다른 지역으로 수송해야 하는 도전적 과제가 남아 있다.

중국은 이러한 전력 감소문제와 수송문제의 해결책을 수소에너지로 판단, 수소에너지를 이용한 전력 생산·저장으로 해결할 계획을 수립하고 있다.

해결할 방안은 태양광·풍력을 활용해 전력을 생산한 뒤 P2G(Power to Gas)기술을 이용해 생산된 전력을 수소로 저장·운송할 계획이다. 즉, 남은 전력을 다시 재저장해 비상상황에서 사용할 수 있고 다
른 지역으로 쉽게 운송할 수 있도록 현재청사진을 제시했다.

이를 통해 중국은 수소 활용으로 전력을 생산·저장에서 끝내는 것이 아니라 다시 에너지공급원으로 활용한다는 방침이다. 또한 재생에너지 발전과정에서 직면한 여러 가지 문제 해결과 수소에너지 시대를 맞이하기 위한 로드맵에 적극 활용될 것으로 기대되며, 로드맵이 성공적으로 계획, 추진된다면 충분히 청정에너지를 얻을 수 있을 것으로 전망된다.

이러한 계획을 수립하고 있는 중국은 수소를 미래에너지의 가장 중요한 부분을 차지할 것으로 판단했다. 때문에 CCS기술을 기반으로 한 수소생산은 이산화탄소 배출을 저감시킬 것으로 판단돼 석탄 청정 응용 분야의 개발에 집중할 것이라는 의견이다.

이러한 수소에너지를 활용한 생산·저장·수송을 위해 중국은 튜브트레일러와 고압수소파이프라인 등을 설치해 수소를 공급·이송하고, 최종적으로 액체, 기체 형태로 수송할 수 있는 하이브리드 파이프
라인을 개발해 설치한다는 방침이다.

중국은 2020년을 기점으로 연료전지버스와 연료전지자동차 등이 본격적으로 확산궤도에 올라 상용화될 것으로 내다봤다. 이후 2025년부터 연료전지버스 뿐만 아니라 트럭, 승합차, 승용차 등 공급량이 급증할 것으로 판단, 총 약 5만대를 보급 목표로 설정했다.

중국은 이 시점을 수소사회로 돌입하기 위한 터닝포인트가 될 것으로 기대하고, 2030년까지 총 10만대를 보급하겠다는 계획이다. 뿐만 아니라 수소충전소의 보급 목표를 2020년 100기, 2030년 300기, 2050년 1000기를 구축한다는 방침인데, 현재 보수적으로 잡은 보급 대수이기 때문에 향후 보급량은 예상보다 늘어날 것으로 전망하고 있다.

특히 연료전지 하이브리드 파워트레인을 활용해 공공서비스, 연료전지차량을 제공할 계획이다. 공공서비스는 연료전지버스로써 연료전지차량 중 버스를 먼저 보급하겠다는 계획이다.

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▣ 충청남도 수소경제사회 구현 전략

서산의 부생수소 이용 , 발전 역량 확대

   
▲ 충청남도 에너지산업과 김정호 과장

바이오매스 활용한 수소생산 2018년 실현

충청남도는 전국 발전량의 18.92%를 차지하고 있다. 또 전국 발전량의 21.6%를 생산하고 있으며 생산량의 58.5%를 수도권으로 공급하고 있다. 그 중에서도 석탄화력 발전 설비 비중이 전국 47.2%(1만2400㎿)로 오는 2020년경에는 설치규모가 1만 9540㎿로 늘어날 것으로 전망된다.

특히 연간 전국에서 생산되는 152만톤의 부생수소 중 32만톤을 서산에서 생산하고 있기 때문에 부생수소로 수소를 공급할 수 있는 여건이 조성돼 있으며, 연간 1000만톤의 축산폐기물을 이용해 수소를 생산할 수 있는 바이오 에너지 잠재량도 풍부하다.

이와 함께 자동차부품의 사업체, 종사자 등 관련된 IT전후방 등이 천안, 아산 지역을 중심으로 밀집돼 있고, 관련 대학이 포진돼 있다. 이를 기반으로 ‘수소연료전지자동차 부품 실용화 및 산업기반 육성사업’에 선정돼, 이 분야를 활용하면 향후 수소연료전지의 중심지 역할을 충분히 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

충남도는 이러한 여건을 활용해 지방정부가 할 수 있는 수소산업 생태계 구축 사업을 단계적으로 추진해 나갈 계획이다. 즉, 국가계획 수립 시 바로 연계할 수 있는 핵심과제 위주로 준비하고, 지방정부가 할 수 있는 수소산업 생태계 구축사업을 추진, 연료전지 기업 등 수소산업계와 협력을 통해 에너지 신산업을 창출한다는 계획이다.

이를 위해 2017~2020년 까지의 단기계획과 2020~2030년 까지 중·장기 전략계획로드맵을 수립했다.

먼저 단기계획을 통해 ▲바이오가스·유기성폐기물을 활용한 수소생산 기술개발 ▲수소저장합금 및 파이프라인 개발을 통한 수소·저장·유통 ▲가정·산업·수송용 연료전지 실증화 사업 ▲수소차 보조금 및 국가정책 수립 제안 등을 추진한다.

이 후 충남도는 중·장기계획을 통해 개발된 기술에 실증사업 및 보급·확대를 추진한다는 방침이다. 특히 단기계획 중수소생산으로 진행될 바이오가스 및 유기성폐기물을 이용한 수소생산은 바이오매스 자산을 활용한 청정 수소생산 기술확보 및 관련 지원체계 구축을 중점으로, 현재 연구과제 기획 및 사업계획 수립을 추진하고 있다.

아울러 고용량 고안전성의 수소저장기술 개발을 목표로 진행되는 수소저장 합금 개발은 500kg/ch MgH₂단속식 및 연속식 흡장로 개발이 추진된다. 이번 기술 개발은 민간기업 주도로 진행될 예정이며, 충남도는 기술개발 행정지원 및 상용기술 실증사업을 지원한다.

특히 대산지역의 부생수소를 활용한 실증사업과 파이프라인 등 직접 배관 연결을 활용한 대규모 실증사업단지도 구축, 예정에 있다.

대산 석유화학단지에서 생산되는 기존 1㎿규모의 부생수소 플랜트활용과 50㎿급의 연료전지를 결합해 수소에너지 테마파크를 조성한다는 계획이다. 이와 함께 태양광과 ESS를 연계한 신재생에너지 융·복합테마파크, 바이오에너지 테마파크, 청정에너지섬 테마파크 등 도 추진한다는 방침이다.

아울러 연료전지 실증사업을 위해 대산석유화학공단 부생수소를 활용, 인근 공동주택 약 300세대에 연료전지를 보급해 수소타운을 시범 조성한다는 계획이다. 이와 함께 천안 및 서천지역의 산업단지 내 연료전지 발전 프로젝트도 추진될 예정이다.

수송용의 경우 수소차 부품 실용화 및 산업기반 육성 과제를 통해 부품기술개발 18개 과제와 산업기반구축, 연구 및 평가 등을 추진한다. 또한 보급의 경우 내포 수소충전소 주변 기업 및 공공기관을 대상으로 수요처를 발굴하고 1대당 1000만원의 추가 보조금을 지원하며, 2020년까지 수소충전소 5기, 수소차는 200대를 보급할 계획이다.

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