[에너지데일리 조남준 기자] 인류가 당면하고 있는 에너지 문제와 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 대안으로 저탄소 청정에너지원인 수소가 떠오르고 있다.
특히 선진국의 선도 아래 원전 감축 및 탈석탄화가 가속화되는 등 에너지 전환이 본격화되면서 2050년 전세계 수소차는 4억(25%), 트럭 500만대(50%), 버스 1500만대(25%), 석유대체 하루 2000만배럴, CO2연간 32억톤 감축이 기대되고 있다.
또한 전 세계 산업에너지 수요 중 12%, 건물에너지의 8%, 철강 및 정유, 화학 공장 2억톤 등의 수소를 사용할 전망이다.
이에 따른 2050년 글로벌 수소 경제 규모는 2조 5000억달러(약 2670조원)에 달할 것이란 전망이다.
이에 발맞춰 세계 각국에서는 수소경제 사회 구현을 위해 도시내에 수소의 생산-이송-저장-활용까지 가능한 전주기 수소 생태계 구축을 추진하고 있다.
특히 각국에서는 기존 에너지 공급을 전기와 수소만으로 가능하도록 실현한 수소도시 조성 시범사업에 박차를 가하고 있다.
수소도시는 차량뿐 아니라 도시 에너지원 대부분을 수소화해 도시내 수소생태계를 구축하는 것이다.
우리나라와 일본, 호주, 영국, 네덜란드 등 국내외 수소도시 시범사업 추진 현황을 살펴본다.

■ 한국, 세계 최대 규모 울산 수소연료전지 주거타운 운영

우리나라는 2014년 8월부터 울산에 세계 최대 규모의 수소연료전지 주거타운을 운영하고 있다. 울산 수소타운은 온산국가산업단지 부생수소를 사용해 울산시 온산읍 덕신리 140가구(1kW급 140대)와 체육관 및 기숙사(10kW급 1대, 5kW급 6대), 읍사무소(5kW급 1대)등을 공급하고 있다.

울산 수소타운은 연료전지를 각가정에 2대씩 설치해 수소를 전기로 바꿔 공급한다. 수소공급은 석유화학공장에서 1km배관으로 주택 및 아파트 등 가정에 전달한다.

이에 따른 전기요금은 가정의 한달 전기 사용량이 400kW일 경우 기본료 6000원을 포함해 일반 가정은 7만7000원이 부과되는 반면 수소타운은 1만원으로 일반가정 대비 13%만 부담하면된다.

또한 울산 수소타운은 온실가스 배출량 991tCO2, 승용차 방출 온실가스 5087tCO2가 각각 감소하면서 나무 381만6150그루의 삼림조성 효과가 발생하고 있다.

■일본, 다양한 방식의 수소도시 구축 프로젝트 추진

일본은 수소도시 구축을 위한 키타큐슈 수소타운 프로젝트를 2011년 1월부터 시행하고 있다.

경제산업성의 수소이용 사회시스템 구축 실증사업의 일환으로 수소에너지 모델타운 구축을 위한 실증시험인 이 프로젝트는 키타큐슈시 시가지를 통과하는 파이프라인으로 일반가정, 상업시설, 공공시설에 수소를 공급하고 있다.

고베 수소스마트시티 계획도 추진 중이다. 이 사업은 시가지내 수소 가스터빈을 이용해 전기, 열에너지를 주변 공공시설에 공급하는 ‘수소 CGS 활용 스마트 커뮤니티 기술개발사업이다.

수소와 천연가스를 연료로 하는 1MW급 가스터빈 개발 및 수소CGS실증으로 구성됐다. 가스터빈의 발전효율은 약 30%로 연료전지 시스템에 비해 낮지만 유닛・발전비용이 저렴하고 크기가 커빌수록 효율도 높아 대량발전에 적합하다.

일본은 또 환경성이 다양한 지역에서 저탄소 수소 공급사슬을 건설하는 프로젝트를 추진 중이다. 특히 환경성은 일본의 수소사회 구현을 위해 8개의 지역에서 각각의 수소사회 모델을 추진 중이다.

일본의 수소도시 사례를 보면 우선 연료전지 지게차 도입과 청정수소 활용 모델 구축을 입증하기 위한 프로젝트가 추진되고 있다.

요코하마의 풍력발전을 이용해 수전해로 수소를 생산해 게이힌 친수 지역의 물류창고, 냉동창고, 청과시장에 사용되는 연료전지 지게차에 수소를 공급하는 프로젝트다. 이 프로젝트는 토요타와 가나가와현, 요코하마시, 가와사키시 등이 주요 파트너로 참여하고 있다.

축산분뇨 기반의 수소공급 사슬 입증을 위한 프로젝트도 진행 중이다. 주요 파트너는 Air Water Inc, 홋카이도, 시카오이, 오비히로 등이다. 시카오이, 훗카이도의 축산분뇨에서 수소를 생산해 낙농업 시설의 전기와 열 공급에 사용하고, 충전소에서 수소차의 원료로 사용한다.

소규모 수력발전소에서 생산된 수소 활용을 확대하는 수소 사용 모델 구축 프로젝트도 추진 중이다.

이 사업은 시라누카, 훗카이도의 쇼로댐에 위치한 소규모 수력발전소에서 수소를 생산해 튜브트레일러나 가스탱크로 지역 시설의 전기와 열 공급에 사용되고, 충전소에서 수소차의 원료로 사용한다.

도미야, 미야기 현의 순소 수소연료전지와 기존 물류 네트워크를 사용해 저탄소 수소 공급 사슬을 입증하는 프로젝트도 추진 중이다.

도미야, 미야기에 위치한 태양력 발전소에서 수소를 생산해 수소 흡착 합금 카트리지에 저장한뒤 배달 트럭 등 도시의 기존 물류 네트워크를 이용해 매장, 가정, 방과 후 탁아소 등에 공급한다. 카트리지에 있는 수소는 사용될 각각의 장소에 설치된 연료전지를 통해 전기와 열을 공급한다.

풍력발전을 이용한 수소생산 및 저장, 지자체의 천연가스와 혼합된 수소 공급 및 사용을 입증하기 위한 프로젝트도 진행하고 있다.

아키다, 노시로시의 풍력을 이용해 수소를 생산하고 천연가스와 혼합해 파이프라인을 통해 공급한다. 이를 통해 기존 가스 인프라 및 장치 사용 가능 여부를 실증하고 있다.

건축물과 도시기반 시설에서 수소사용 증진을 위한 저압력 소소공급 시스템 입증을 위한 프로젝트도 시행 중이다.

무로란, 홋카이도의 풍력으로 수소를 생산해 수소흡착 합금탱크에 저장하고 차량으로 운송한다. 수소연료전지로 온천시설에 열을 공급하고, 휴대용 및 고정식 수소흡장 합금으로 수소를 운반하며, 에너지 절약을 위해 건축물 배기열로 합금을 가열해 사용한다.

■ 호주, 2040년 수백억 불 수출산업 육성 추진

호주는 연방과학 산업연구기구를 통해 지난 2017년 9월 기술개발부터 수소 생산 및 판매를 위한 가격 경쟁력 등을 포함한 수소로드맵을 발표했다.

로드맵은 1억 5000만달러(1683억원)규모의 신재생 기술기금을 확용해 2020년 수소 생산 및 2040년 수백억 달러 규모의 수출산업육성을 목표로 하고 있다.

또한 호주에서 가와사키중공업 등의 컨소시엄이 갈탄에서 추출한 쏘를 액화해 일본에 수출하는 실증사업을 시작했고, 호주에서 생산된 수소는 일본, 중국, 싱가포르, 한국에서 수요가 전망되고 있다.

호주의 수소도시 프로젝트는 국가 수소로드맵에 따라 수소도시 조성을 위한 타당성 조사가 추진 중이다. 이 사업은 수소도시 지정 타당성 조사 수행 및 시범도시 지정 사업 착수 등 수소사용 시연, 주거용 설비의 공동설치 계획 등이 진행되고 있다.

■ 덴마크, Nakskov Hydrogen Society Project

덴마크는 Nakskov Hydrogen Society Project를 통해 롤란드섬 Nakskov에서 수소를 생산하고 Vestenskov에 수소를 공급하고 있다. 이를 위해 연료전지모듈(마이크로 수소연료 열병합발전소)을 각가정에 설치하고, 2008년 4가구에서 2009년 35가구에 수소를 공급할 수 있도록 공급망을 구축했다.

공급방식은 천연가스공급방식과 동일하며 구소가 각 가정에 공급되기 전에 탱크에 저장되며 파이프를 통해 공급한다.

■영국, 리즈 세계 최초 수소도시 전환 목표

영국은 H21 Leeds City Gate Project를 진행 중이다. 이 프로젝트는 기존 천연가스 배관을 이용해 수소를 공급하며, 2030년까지 리즈를 세계 최초 수소도시 전환을 목표로 하고 있다.

이를 위해 기존 천연가스를 100% 수소로 전환하기 위한 기술적, 경제적 관점의 타당성 검토 프로젝트를 2016년 7월 착수했다.

■네덜란드, 북부지역 친환경 수소 경제 도시 구현

네덜란드는 Netherland Hystock Project를 추진하고 있다. 유럽내 2위 수소에너지 생산국으로 북부지역 중심으로 친환경 수소 경제 도시 구현이 목표다.

이 프로젝트는 네덜란드의 첫 번째 수전해 활용 수소생산 프로젝트로 1MW용량(1만2500개의 태양광 패널 설치)의 태양광 에너지를 활용해 연 27만톤의 수소생산 및 활용하고 있다.

또한해상풍력발전, 천연가스 개발 등 2050년까지 수소 대량 생산을 통해 kg당 2~3유로의 수소에너지 가격 경쟁력 확보도 추진하고 있다.

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