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[기고] 수소경제 이행 위한 생산·공급 준비 어떻게 해야 하나
수요량 예측으로 목표한 수소 생산·공급,
포트폴리오 구체화로 이행해야
에너지경제연구원 석유정책연구팀장 김재경 박사
가스신문  |  kgnp@gasnews.com
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[1421호] 승인 2020.01.15  23:27:14
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수소차·연료전지 등 활용처 상세 공급계획 필요
2022~2040년 추출·그린수소, 생산비중 세분화 미흡
그린수소 인증제도, 원산지 표시 등 도입 제안

   
 

지난 2019년 1월 ‘수소경제 활성화 로드맵’이 발표된 이후 로드맵 이행을 위한 후속조치로서 표준화, 기술개발, 수소생산·충전인프라, 안전관리대책 등이 잇따라 발표됐다.

또 수소경제 이행 지원의 법적 근거인 ‘수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률’이 지난 9일 국회 본회의를 통과했다.

이로 인해 지난 한해는 수소경제의 재차 굴기(屈起)하는 발판을 마련하기 위해 숨 가쁘게 달려온 한해로 평가된다. 이러한 발판을 딛고 2020년은 수소경제가 명실상부 굴기하는 한해가 되기를 기대해 본다.

그렇지만 이같이 희망찬 이행실적에도 불구하고, 아직 해야 할 일이 많이 남아있다.

사실 수소경제 추진은 현 문재인 정부의 혁신성장 정책의 일환인 첨단산업 육성정책에 무게 중심이 있으며, 그만큼 수소경제의 경제적 가치가 중요하게 고려되었다고 평가된다.

그러나 에너지 정책적 측면에서는 수소차나 발전용·자가용 연료전지 등 ‘수소’를 최종에너지로 전환하는 장치인 ‘연료전지’ 산업 육성보다는 연료전지 산업의 성장으로 인해, 연료전지에 향후 투입되게 될 수소가 어떠한 방식으로 얼마나 생산·공급되느냐가 더 큰 의미를 지닐 수 있다. 그런데 현재까지 제시된 수소 생산 및 공급전략을 실제 실행하기 위해서는 다음과 같은 추가적인 과제가 존재한다.

 

수소생산·공급전략 추진 과제
먼저 수소 활용 부문별 수소 조달계획, 특히 수소 생산방식별 포트폴리오가 구체화될 필요가 있다.

사실 수소 활용 산업인 수소차 및 발전용·자가용 연료전지 각 부문별 수소 조달계획이 부재하며, 특히 수송용 연료로서의 충전용 수소와 발전용 연료로서의 수소는 조달하는 방식이 다를 수 있으며, 이에 따라 조달 받을 수소 생산방식의 포트폴리오도 차이가 있을 수 있다. 그러나 현재 부문별 특성을 반영한 조달계획, 특히 수소 생산방식의 포트폴리오에 대한 목표나 계획이 부재하다.

다음으로 전체 수소 생산방식의 포트폴리오가 구체화될 필요가 있다. 현재 ‘수소경제 활성화 로드맵’에는 주요 수소 생산방식을 부생수소, 추출수소, 수전해, 해외생산 등 4가지 방식으로 구분해 제시됐다.

그러나 수소 수요에 대응하기 위해 각 방식별 공급비중 목표는 추출수소 비중만 2030년 50%, 2040년에는 30%로 규정하였으며, 나머지는 모두 그린수소로 뭉뚱그려서 2030년 50%, 2040년 70%로 설정되어 있다. 더욱이 심지어 2022년의 경우에는 추출수소 비중마저도 설정되어 있지 않아, 2022년까지 약 5만톤 정도의 부생수소 공급을 제외한 42만톤의 수소가 어떤 방식으로 공급될지 현재로서는 추정하기 어렵다.

이에 덧붙여 소위 ‘그린수소’로 분류된 수전해 방식과 해외수입 간의 공급 비중 배분 역시 설정되어 있지 않다. 다시 말해 2040년경에는 70% 즉, 약 368만톤 이상의 수소를 이산화탄소가 배출되지 않는 그린수소로 공급하겠다는 의지를 표명하였지만, 구체적으로 어떤 그린수소를 얼마나 공급할지는 아직 목표나 계획이 분명하지 않다.

결국 2020년에는 수소 활용 부문별 수소 조달계획 수립을 통해 전체 수소 생산방식의 포트폴리오의 구체화를 달성해야 한다. 그리고 수소 생산방식의 포트폴리오를 결정하기 위해서는 이를 통해 추구하고자 하는 사회적으로 가치가 있는 정책 목표를 선행적으로 식별하고 나아가 이를 구체화, 정량화하여 반영할 필요가 있다.

이러한 정책 목표로서 수소 생산 전과정에서 온실가스 배출을 최소화하는 ‘수소생산의 탈탄소화’와 수소충전소 기준으로 수소 공급가격을 최소화하는 ‘경쟁 가능한 수소가격’을 제안한다.

   
 

수소생산, 온실가스 배출 해결 중요
먼저 정부는 수소경제 이행 추진의 정당성을 경제적 가치뿐만 아니라 수소 활용을 통한 에너지 소비의 탈탄소화로 온실가스 감축과 미세먼지 저감 등 환경적 가치에도 두고 있다고 설명했다. 이를 위해서는 선행적으로 현재와 같이 천연가스 추출방식 수소생산 확대를 추진이 지닌 온실가스 배출문제를 해결이 과제로 남는다.

천연가스 수소 추출방식의 가장 보편적 기반이 되는 화학적 반응인 ‘수증기 메탄 개질(SMR) 반응은 메탄(즉, 천연가스)과 700℃ 이상의 고온의 수증을 촉매 반응시켜 수소를 생산하는 흡열 반응으로서, 천연가스 1개 분자로 수소 분자 4개와 이산화탄소 1개 분자가 생산되기 때문에, 수소 1개 분자 당 1/4개의 이산화탄소가 생성되어 이론적으로 100% 효율 상정 시 수소 1㎏ 생산할 때 5.5㎏의 이산화탄소가 발생한다.

물론 효율이 100%는 아니기 때문에 수소 1㎏을 생산할 경우 이산화탄소 8.6~9.8㎏이 배출되는 것으로 추정된다. 물론 천연가스 추출방식의 이산화탄소 배출량 자체가 석탄 등 다른 탄화수소를 활용하는 수소 추출방식에 비해서 문제가 되는 것은 아니며, 미세먼지나 미세먼지 전구물질 배출 문제는 상대적으로 적은 것으로 알려져 있다.

그럼에도 불구하고 수소 생산방식 중 유독 천연가스(메탄) 수소 추출방식이 온실가스 배출 문제의 중심에 있는 이유는 현재 천연가스 추출방식으로 수소생산을 단기적으로 확대하는 정책을 추진하기 때문이다.

 

   
 

수소생산 포트폴리오→탈탄소화
그래서 수소 생산방식의 포트폴리오를 ‘수소생산의 탈탄소화’를 달성하는 방향으로 구체화할 필요가 있다. 이때 수소 생산방식을 단순히 생산과정에서의 온실가스 배출만을 평가하는 것으로는 부족할 수 있다.

대신 유럽연합(EU)에서 추진하고 있는 그린수소 인증제도(CertifHy Guarantee of Origin(GO)), 보다 정확하게는 그린수소 원산지 표시제도에서 활용하고 있는 ‘CertifHy 프리미엄 수소’의 획정방식을 참조하여 수소 생산방식에 대해 수소의 원료 생산과정까지를 포함하여 수소 생산의 전과정적으로 발생하는 온실가스 배출을 평가하는 것이 바람직하다.

참고로 서울대에서 지난 2018년 발표된 국내 주요 생산방식별 전과정 온실가스 배출량 분석 결과, 수소 1㎏ 생산 시 매립지가스(LFG 가스) 추출수소가 1.9㎏, 납사 분해공정 부생수소 2.3㎏, 석탄오븐가스(COG) 추출수소 4.2㎏ 등이 상대적으로 온실가스 배출이 적은 저탄소 수소로 밝혀졌다.

반면 천연가스 추출수소는 수소 1㎏ 생산 시 11.3㎏이 배출되며, 전력 계통 전기를 활용한 수전해 수소는 26.6㎏이 배출하는 것으로 나타났다. 물론 재생에너지 연계 수전해 수소는 배출량이 0㎏이다.

결국 ‘수소생산의 탈탄소화’를 위해서는 천연가스 추출수소나 전력계통 연계 수전해 수소 등의 생산 확대를 가능하면 지양할 필요가 있다. 대신 다양한 저탄소 수소와 재생에너지 연계 수전해 수소 생산 확대를 통해 이를 대체해 나가야 한다.

 

경쟁 가능한 수소가격 필요
다음으로 ‘수소경제 활성화 로드맵’은 ‘수소차 및 연료전지 세계시장 점유율 1위 달성’을 목표로 수소차와 발전용·자가용 수소 연료전지 등 수소 활용산업에서의 시장창출과 육성에 우선적인 중점을 두고 있다.

이를 위해서 자연스럽게 수소차와 발전용·자가용 수소 연료전지의 국내 보급 확대가 필수적이다. 이때 수소차가 보급되기 위해서, 즉 자동차 소비자들에게 수용되기 위해서는 적어도 수소차와 대체 관계에 있는 유사내지 동급 차종, 특히 경유 자동차의 연료비용보다는 충분히 낮은 수준이 되도록 수소 충전요금(수소 판매단가)이 설정될 필요가 있다.

다시 말해 다른 휘발유, 경유, 수송용 전기 등 다른 수송연료와 경쟁 가능한 수준으로 수소 충전요금을 인하하는 것이 ‘수소경제 활성화 로드맵’의 이행에 필수 조건이다.

그리고 수소충전소 민간 운영사업자의 수익성까지 감안한다면, 수소 충전요금(수소 판매단가)의 인하 여지는 수소 생산단가 및 이송단가로 이루어진 충전소 공급가격에서 찾을 수밖에 없다.

이러한 견지에서 ‘수소경제 활성화 로드맵’은 수소충전소 공급가격(도매가격) 기준으로 2022년에는 시장 초기 가격이라 할 수 있는 6,000원/㎏을 목표로 하며, 추후 2030년에는 4,000원/㎏, 2040년에는 3,000원/㎏으로 인하할 계획을 제시했다.

이를 감안하여 수소 생산방식의 포트폴리오 목표 수립을 위한 정책 목표로서 수소충전소 기준으로 수소 공급가격을 최소화하는 ‘경쟁 가능한 수소가격’을 제안한다.

물론 ‘수소생산의 탈탄소화’와 ‘경쟁 가능한 수소가격’이란 두 가지 정책 목표를 달성하는 적정 수소 생산방식의 포트폴리오를 결정하는 것은 쉽지 않다. 그러나 성공적인 수소경제 안착을 위해서는 반드시 필요하다.

현재까지 계획된 수소 조달계획 들을 토대로 추정된 수소 생산방식 포트폴리오는 천연가스 추출방식의 비중이 2018년 99.9%, 2022년 96%에서 2030년 83%이며, 심지어 2040년 78.%로 감소하기는 하지만, 절대적인 비중을 차지하는 것은 분명하다. 그래서 만일 적정 포트폴리오를 수립하고 이를 달성하기 위한 노력을 하지 않는다면, 2030년을 넘어 심지어 2040년에도 수소 공급의 절대량은 여전히 천연가스 추출방식에 의존할 수밖에 없게 된다.

그리고 이러한 현상의 근저에는 수소 수요의 절대적 비중을 차지하는 발전용 연료전지 부문이 아직 천연가스 추출방식에 의존적이며, 적어도 현재까지는 이를 전환할 구체적인 계획을 제시하지 않고 있다는데 있다.

다만, 적어도 현재까지는 2020년 준공예정인 납사 분해공정 부생수소를 활용하는 50㎿급 대산그린에너지㈜의 연료전지 발전소가 현재 예측 가능한 발전용 연료전지 부문에서의 납사 분해공정 부생수소 소비의 전부이다.

2040년까지 천연가스 추출수소 의존도를 낮추기 위해 납사 분해공정 부생수소나 수전해 수소, 나아가 해외 수입수소로 전환할 수 있도록 수소를 직접 사용하는 발전용 연료전지 시설 구축확대가 필요하다. 이를 유도하기 위해 ‘친환경 CO2-free 수소 인증제 도입과 함께 이와 연계된 발전용 연료전지의 REC 가중치 조정 등도 검토해볼만하다.

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