[에너지데일리 최일관 기자] 수소에너지가 에너지전환이라는 역할을 충분히 발휘하기 위해서는 지속가능한 형태의 ‘생산방식 정립’과 최종소비자까지의 ‘공급사슬 구축’이 필요한 것으로 제시됐다. 특히 현재 유럽연합(EU)수소시장의 대부분을 차지하고 있는 캡티브 수소를 줄이고, 수소에너지 생산뿐만 아니라 원활한 수소에너지 공급사슬을 구축하는 것이 중요하다는 진단이다.
에너지경제연구원은 최근 발간한 세계에너지시장 인사이트에 게제한 ‘EU 수소전략과 수소경제 구축의 비용효과분석’보고서를 통해 수소에너지는 EU의 탄소중립 달성에 있어 탈탄소가 어려운 부분을 대체하며 기여할 수 있을 것으로 내다봤다. 또한 수소에너지 공급사슬 구축에 투자액 10억 유로당 2030년 1만 300명, 2050년 1만 600명의 고용효과를 거둘 수 있을 것으로 추정했다. 이에 따라 EU는 2050년까지 온실가스 배출량의 90% 감축을 목표로 야심적으로 추진하는 3단계 중장기 수소전략을 발표?하고, 수소전략 목표 달성에 필요한 투자 지원을 위해 유럽청정수소동맹(ECHA)을 발족했다. ECHA는 수소에너지 생산 및 소비를 위한 사업촉진을 위해 구체적인 계획을 구상할 예정이다. 또한, EU는 ECHA와 3단계 수소전략으로 생산 CAPA 확대 및 가격경쟁력을 확보해 수소경제로의 빠른 전환을 이뤄겠다는 목표다. EU의 수소전략을 발췌해 정리했다.
▣ EU의 수소에너지 시장 현황
유럽연합(EU)의 수소 시장은 아직 산업시설이 위치한 지역 내에서 생산과 소비가 동시에 일어나는 캡티브 마켓이 대부분을 차지하고 있다. 캡티브 수소는 생산된 곳에서 소비되는 수소이며, 상용 수소는 수소가 생산된 곳 이외에서 소비되는 수소다. 부생수소는 대부분이 산업공정과정에 재투입되고 있다. 이에 캡티브 마켓은 소비자 입장에서 공급자 선택권이 극히 제한돼 있는 시장이다.
따라서 수소에너지가 에너지전환 역할을 충분히 발휘하기 위해서는 지속 가능한 형태의 ‘생산방식 정립’과 최종소비자까지의 ‘공급사슬 구축’이 필요한 것으로 제시되고 있다. 하지만 현재 EU의 수소시장은 대규모 현지 산업시설에서 생산해 거기서 소비하는 캡티브 수소가 아직 EU 전체 수소공급의 64%를 차지하고 있다.
또한 산업공정과정에서 발생하는 수소 혼합가스에서 수소를 분리해 에너지를 생산하는 부생수소가 EU 수소공급의 21%를 점유하고 있다. 중앙 생산시설에서 생산돼 고객까지 파이프라인, 벌크탱크, 트럭 등을 통해서 유통되는 상용 수소 시장은 EU 수소공급의 15%에 불과하다.
또 현재 EU의 수소생산의 95% 정도는 다량의 탄소가 생산과정에서 배출되고 있는 메탄스팀개질과 자열개질방식으로 생산되고 있다. 약 5% 정도의 수소에너지만이 수전해(물 전기분해)를 통해 생산되고 있다.
이에 따라 EU는 수소전략을 통해서 장기적으로 그린수소시장 구축을 추진하고 있다. 다만 단기적으로 저탄소수소(블루수소)의 역할도 인정하고 있다. 수소에너지가 EU가 탄소중립을 달성하는데 있어 탈탄소가 어려운 부분을 대체할 것으로 기대되기 때문이다.
EU는 앞으로 유럽청정수소연합과 EU차원의 투자프로그램을 활용해 수소경제를 구축하는데 필요한 투자를 촉진시킬 계획이다.
EU는 유럽청정수소동맹을 통해 오는 2024년까지 50억~90억 유로, 2030년까지는 260억~440억유로 규모의 물을 수소로 전기분해하는 투자기금을 조성한다는 계획이다.
이에 따른 경제적인 효과로 수소에너지 공급사슬 구축에 투자액 10억 유로당 고용효과가 2030년 1만300명, 2050년 1만600명으로 추정하고 있다. 유럽연합의 최종목표는 청정수소로의 전환이다. 이에 따라 청정수소를 생산하기 위한 재생에너지 장비 및 인프라 산업도 더욱 활성화되고, 청정수소와 재생에너지 기술은 평행선상에서 발전해 나갈 것으로 전망된다.
▣ EU 수소전략의 단계별 목표
유럽연합은 2020년 7월 8일 ‘기후중립 유럽을 위한 수소전략’을 발표하고, 유럽이 기후중립으로 도약하는 단계별 목표를 제시했다.
EU 수소전략 단계별 목표에 따르면 첫 번째 단계로 2024년까지 최소 6GW 규모의 재생수소 전기분해설비를 구축하고, EU지역에서 최대 100만 톤의 재생에너지 수소를 공급하는 것을 목표로 한다.
두 번째 단계로 2025년부터 2030년까지 수소에너지를 에너지시스템의 중요 부분으로서 결합하고, EU지역에서 최소 40GW 규모의 재생수소 전해조를 구축해 최대 1만 톤의 재생에너지 수소를 공급한다는 계획이다.
마지막 세 번째 단계로서 2030년부터 2050년까지 현재 에너지공급원구성(Energy Mix)의 2%를 차지하고 있는 수소의 비중을 2050년까지 23% 이상으로 늘린다는 전략이다.
이를 통해 수소생태계 형성 및 일자리 창출과 동시에 경기부양과 그린정책으로 전환이라는 두마리 토끼를 잡겠다는 복안이다.
▣ 수소생산방법 및 생산 확대 투자금액
수소는 생산방법에 따라 생산비용이 상이하며, 현 단계에서 그린수소와 블루수소 모두 브라운수소 및 그레이수소에 비해서 가격 경쟁력이 없다. 하지만, 전기분해 장치의 비용이 하락해 장기적으로는 가격경쟁력을 확보할 것으로 예상하고 있다.
브라운(Brown)수소는 석탄에 기반한 수소 생산방식으로서 화석연료를 활용해 생산된 수소를 그레이(Grey)수소라한다. 화석연료를 사용하지만, 탄소포집저장장치(CCS)를 부착하여 탄소배출을 줄인 방식으로 생산한 수소를 블루(Blue)수소 또는 저탄소수소(Low Carbon Hydrogen)라고 구분한다.
생산방법에 따른 수소 생산비용 추정치를 보면 화석연료에 기반한 수소(Brown & Grey Hydrogen) 생산비용은 1.5€/kg (38€/MWh), 화석연료 기반에 CCS설비를 추가할 경우 수소(Blue Hydrogen) 생산비용은 2€/kg(50€/MWh), 재생에너지에 기반한 그린수소(Green Hydrogen) 생산비용은 2.5~5.5€/kg (65~135€/MWh) 등이다.
또한 지난 10여 년간 전기분해장치(Electrolyser) 비용이 60% 하락했으며, 향후 10년간에도 현재 수준의 절반으로 비용 하락이 예상돼 그린수소 경제성은 개선될 것으로 전망된다. EU에서는 현재 수소에너지가 에너지믹스에서 차지하는 비중은 2% 미만이지만, 2050년까지 13~14%로 성장할 것으로 예상되고 있다.
수소에너지 성장에 맞추어 EU 집행위원회(European Commission)는 앞으로 2050년 까지 1800억~4700억 유로의 투자가 그린수소 생산에 필요할 것이라고 예상하고 있다. 저탄소수소 생산에는 중.단기적으로 30억~180억 유로의 투자가 필요할 것으로 전망되고 있다.
▣ 수소 저장.배분.분여 단계 비용
향후 성장할 것으로 기대되는 수소시장의 수급균형을 맞추기 위해서는 수소 에너지 저장설비(hydrogen storage)를 충분히 확보하는 것도 중요하다. 수소에너지 저장설비가 수소 에너지 수급 균형을 맞추는데 기여할 수 있기 때문이다,
현재 수소에너지 저장에 관한 다양한 기술 중 소금 동굴(salt caverns), 암반 동굴(rock caverns), 고갈된 가스전(depleted gas field)을 조사해 균등화저장비용(LCOS)으로 정규화했다. 소금동굴 저장기법은 현재 사용되고 있으며, 암반동굴과 고갈된 가스전을 활용하는 저장기법은 향후 활용가능성을 놓고 활발히 논의 중이다.
수소에너지 사용 확대를 위해서는 배분(distribution) 네트워크가 구축돼야 하며, 가장 가능성이 높은 것으로 제안되는 것이 파이프라인과 트럭을 활용한 방법이다.
수소에너지를 대규모로 사용할 수 있는 산업체는 수송(transmission) 네트워크에 직접적으로 연결돼 배분 단계가 생략될 수 있으나, 일반적인 사용자들을 위해서는 배분(distribution) 네트워크 역시 구축돼야 한다.
배분 네트워크에서 가장 많이 활용되는 방법은 파이프라인과 트럭을 통한 배분이다. 이프라인은 기체 상태의 대규모 수소에너지를 배분하는데 있어서는 가장 비용이 낮은 방법이나 설비를 구축하는 투자비용이 높다.
트럭의 경우에는 수요가 낮은 곳에 적절한 양의 수소에너지를 보급할 수 있다는 점이 장점으로 꼽히며, 기체 및 액체 상태의 수소에너지를 모두 수송할 수 있는 편리성이 있다.
▣ EU 수소전략 투자금액과 투자촉진 계획
수소경제는 EU가 탄소중립경제로 도약하는데 기여할 뿐만 아니라 경제적 효과도 가져올 수 있다는 분석이다. 그린수소와 저탄소수소는 EU가 2030년 온실가스 목표를 예상보다 빨리 달성하도록 도울 뿐만 아니, 탈탄소가 어려운 산업부분에 수소에너지를 적용해 2050년까지 EU가 탄소중립경제로 도약하게 하는데 크게 기여할 수 있기 때문이다.
특히 그린수소는 EU에 기술적 혁신을 위한 기회와 함께 경제성장과 고용을 창출할 수 있는 주요 수단이 될 것이란 기대다.
아울러 EU가 수소경제를 구축하기 위해서는 수소에너지 생산부문에 앞으로 2050년까지 1800~4700억 유로의 투자가 필요하다는 분석이다. 수소 공급사슬을 구축하는 데에도 막대한 투자가 필요하다.
특히 2030년까지 수전해를 위한 전기분해장치(electrolyser)에 240억~420억 유로의 투자가 필요하고, 같은 기간 동안 2200억~3400억 유로의 투자가 수전해 기반 재생에너지전력 생산 확대를 위해 필요하다는 예상이다.
기존 발전시설에 탄소포집저장(CCS)설비를 추가하는 데에도 약 110억 유로의 투자가 필요할 것으로 예상되고 있다. 이에 더해서 수소의 수송, 배분, 저장과 수소충전소의 기반시설을 확대하는 데에도 650억 유로의 투자가 필요하다. 최종에너지 사용자가 기존의 에너지에서 수소에너지로 전환하기 위한 과정에서 소요되는 투자금액 역시 막대할 것으로 예상된다.
수소경제 구축을 위한 이같은 유럽청정수소연합과 EU경제회복기금의 투자 프로그램을 활용해 관련 투자를 촉진시킬 것으로 전망된다.
