[월간수소경제 이종수 기자] 지난 9월 13일부터 15일까지 일산 킨텍스에서 개최된 ‘H2 MEET 2023’에서는 ‘리더스 서밋(Leaders Summit)’, ‘컨트리 데이(Country Day)’, ‘테크 토크(Tech Talk)’ 등 3개 세션의 컨퍼런스가 진행됐다. 

이 중 ‘리더스 서밋’은 수소업계 리더, 전문가 등 글로벌 리더들이 한자리에 모여 지속 가능한 미래와 수소경제 활성화를 위한 비전을 공유하고, 글로벌 수소산업 전반을 아우르는 기술·정책 동향과 전망 등을 논의하는 자리로 큰 주목을 받았다. 

리더스 서밋은 9월 14~15일 양일간 ‘쉐브론(Chevron)’의 수소사업 총괄을 맡고 있는 앤드루 밍스트(Andrew Mingst)의 ‘수소-기회와 과제’를 주제로 한 기조 발표로 시작되어 ‘청정수소를 위한 첨단 기술’, ‘수소 활용 가속화’ 등 두 가지 주제로 다양한 주제발표와 함께 패널토론이 진행됐다.  

<월간수소경제>는 이번 리더스 서밋에서 발표된 주요 내용을 정리했다. 정부 지원과 인센티브, 국가·기업 간 파트너십, 재생에너지 여건이 좋은 수소 수출국의 수소생산비용 경쟁력, 수소 가격을 낮추기 위한 노력 등이 전반적인 키워드였다.  

■ 아시아·태평양 지역 수소의 기회와 도전

쉐브론은 한국 GS칼텍스와 1967년부터 파트너십을 유지하고 있다. GS칼텍스는 한국에서 2,200개 이상의 주유소와 350개 이상의 LPG 충전소, 77개의 주유소와 LPG 충전소에 전기차 충전기, 서울에 수소충전소 1개를 운영하고 있다. 

셰브론은 2028년까지 업스트림 부문에서 탄소 35%를 감축한다는 목표다. 이를 위해 2022년부터 2028년까지 이전보다 3배 증가한 100억 달러 이상을 탄소 분야에 투자할 계획이다. 탄소 감축 프로젝트에 20억 달러, 저탄소 투자에 80억 달러를 투자할 예정이다. 저탄소 비즈니스 분야는 재생 연료·제품, CCUS, 수소와 암모니아 등이 있다. 

그러나 쉐브론에는 도전 과제가 있다. 먼저 수소 생산비용이 기존 전통적인 연료보다 비싸 가격 경쟁력이 없다는 것이다. 터미널, 저장소, 관로 등의 인프라 시스템도 불완전하다. 한국은 수소 생산을 위한 지역 자원이 제한적이다. 그린수소를 생산하기 위한 재생에너지 여건이 부족하고 블루수소 생산 시 나오는 이산화탄소를 저장할 공간도 마땅치 않다. 수소 수송과 무역에서도 도전 과제가 있다. 

쉐브론의 관점에서 수소 성장을 가능하게 하는 주요 요인은 먼저 재정적 인센티브가 있다. 저탄소 수소 시장을 구축하기 위해서는 정부의 지원이 필요하다. 정부 정책은 장기적으로 지속 가능하고 경제성이 있는 시장을 창출하도록 설계되어야 한다. 

다음은 기술 중립성이다. 탈탄소화 솔루션으로 수소를 비용 효율적으로 확장하기 위해서는 모든 생산 방법이 필요하다는 것이다. 

마지막으로 파트너십이다. 수소 밸류체인 공동 개발자들이 상호 보완적으로 각자의 능력을 결합하는 것이다. 공통 인프라 기반을 공유하는 것도 포함한다. 

쉐브론은 수소·암모니아 분야에서 수익성이 좋은 대규모 비즈니스를 만들기 위해 노력하고 있다. 초기 투자는 아시아·태평양, 미국 서부, 미국 걸프 연안에 집중할 계획이다. 발전, 산업, 운송(선박, 트럭 등) 분야가 타깃이다.  

 

쉐브론은 재생에너지 기반 그린수소와 천연가스 기반 블루수소 분야에서 전주기 수소 밸류체인 개발을 조정하거나 밸류체인에 따라 선택적으로 참여할 방침이다. 

쉐브론은 기술을 개발하고 인프라를 구축하고 공급망을 연결하며 수소 시장을 성장시키기 위해 다양한 파트너십(에어리퀴드, 페르타미나, 도요타, 스타파이어에너지, 커민스 등)을 구축하고 있다.

■ 지속 가능한 수소 거래 시장

수소경제 이행에는 여러 어려운 점이 있다. 먼저 국가적 맥락에서 규정 설정이 쉽지 않다. 조기 생산과 출시를 위해 보조금 지급이 필수적이다. 공급과 수요 측면에서 필요한 것이 점점 더 명백하게 증가하고 있다. 탄소 제로 약속이 얼마나 확고한 것인지에 대한 의문도 있다. 아주 낮은 탄소 배출을 위한 활용 분야 애플리케이션을 탐색하는 데도 많은 시간이 필요하다. 

수소에 대한 기대는 크지만 수소경제는 고군분투하고 있다. 새로운 산업은 항상 활기차게 움직이다가 시작한다. 어떤 산업은 걱정스럽게 지연되기도 한다. 글로벌 수소 비즈니스에서 중단되거나 지연되는 사례는 대부분 비용 문제 때문이다. 

글로벌 수소 정책을 보면 명확해진다. 미국 IRA, 캐나다 ITC, REPower EU, 일본 국가 수소전략 수정, 호주 수소 자금 지원 등이 있다. 경제 규모에 따라 EU와 미국의 경우 모멘텀이 충분하다는 것을 알 수 있다. 수요 측면에서도 전환을 위한 지원이 필요하다. 가장 영향력 있는 지역 간 연계는 북아시아와 남아시아에 걸쳐 이루어질 것이다. 

따라서 프로젝트 진행은 오프테이크(off-take, 장기구매계약)에 의존한다. 생산자와 소비자 간에는 균형 잡힌 합의와 어느 정도의 믿음이 필요하다. 인증도 중요하다. 공급과 수요의 일치, 규제 준수, 분쟁 관리 등도 고려 사항이다. 

마지막으로 확실히 중요한 것은 비용이다. 지금은 우크라이나 사태로 인해 블루수소의 가격 경쟁력이 올라갔다. 지난 10년간 유럽연합의 배출권거래시장(BTS)의 탄소 가격도 급격하게 상승했다.  

수소 시장은 프리 마켓(pre-market) 시장이다. 수소는 개념 설계, 초기 생산-출시, 성장·상품화 단계를 거치면서 Off-take(10년 이하),  Benchmark(1년 이하), Spot(1~12개월 이하) 등 여러 개발 단계를 밟을 가능성이 있다. 각각의 단계는 계약상 의무의 관점에서 유연성을 높여준다. 

특히 Off-take는 협상해야 할 여러 변수가 있다. 그리고 계약 분쟁, 영업이익 감소, 계약 재협상, 계약 파기 등으로 인해 계약 설계의 변화 사례가 중요하다. 공급 증가에 따라 가격 경쟁도 심화될 것이다.  

Argus의 생산비용 지수는 복잡성을 줄여 CI와 프리미엄으로 변수를 제한한다. 생산비용지수는 프리 마켓에서 중요한 역할을 한다. Argus는 많은 국가에서 수소 생산비용 지수를 만든다. 지역 수준의 가격 지수(NW Europe, NE Asia, N.Am, MENA)도 만들고 있다.

■ 콜롬비아의 탈탄소화 전략

수소와 탄소 포집 기술은 탄소중립을 위한 핵심적인 역할을 할 것이다. 국제재생에너지기구(IRENA)의 2021년 보고서에 따르면 2050년까지 탄소 배출 저감 기술로 수소 10%, CCS 6%, BECCS(탄소 포집·저장을 통한 바이오 에너지)가 14%를 차지할 전망이다. 

콜롬비아는 중남미 수소산업의 진원지이다. 콜롬비아는 풍력·수력·지열 등 세계 최고 수준의 재생에너지 자원을 보유하고 있다. 수소를 수출할 전략적 지리적 위치에 있다. 콜롬비아는 세계 10대 물 공급 국가 중 하나로, 전 세계 물 공급의 46%를 차지한다. 

수소는 그간 정제 공정과 비료 생산에 사용되어 왔고, 운송·주거·산업·발전 등의 분야로 확대되어 사용될 것이다. 에너지저장시스템에서 유연성 자원으로도 활용될 것이다. 

콜롬비아는 블루수소, 화이트수소(천연수소), 그린수소를 생산해 수출할 계획이다. 블루수소를 생산하기 위한 천연가스 자원도 풍부하다. 지하 퇴적물에서 발견되는 자연 유래의 천연수소는 최근에 등장한 수소로, 아직 국가 수소 생산 전략에는 포함되지 않았고 기술 개발이 필요한 분야다.

수소 수출국으로서 수소생산비용을 경쟁력 있게 가지고 가는 게 관건이다. IRENA의 2023년 보고서에 따르면 콜롬비아는 수소 수출국으로서 중국, 칠레, 모로코 다음으로 수소를 저렴하게 생산하는 국가가 될 전망이다.     

최근 콜롬비아 에너지부는 에너지 전환 로드맵 초안을 발표했다. 전략적으로 수소 활용을 확대하는 게 핵심 내용으로, 그린수소 생산을 위해 수전해 용량을 현재의 3GW에서 2050년까지 25GW로 확대할 계획이다. 

또 남미 국가 중 최초로 블루수소와 그린수소 생산사업자에게 세제 인센티브를 제공한다. 

콜롬비아는 운송·산업·발전 등으로 수소 활용을 확대하는 방안을 본격적으로 고민하고 있고, 암모니아 관련 기술 개발도 필요하다. 콜롬비아는 수소산업의 부족한 부분을 해소하고 혁신을 가속화하기 위해 협업 파트너를 찾고 있고, 한국과의 파트너십 강화를 기대하고 있다.  

■ Avaada의 그린수소·암모니아 규모 확대

Avaada는 태양광 패널과 수전해조 생산, 태양광·풍력발전, 양수기·배터리 에너지저장 등 재생에너지사업, 그린수소, 그린암모니아, 그린메탄올, 지속 가능한 항공연료 등 연료·공급원료 사업 등 통합된 사업 모델을 가지고 있다.  

특히 수전해조 생산은 2025년까지 1GW로 확대하고, 그린수소와 그린암모니아 수요를 지원하기 위해 2030년까지 재생에너지 규모를 30GW로 확대할 계획이다. Avaada는 세계 최대 단일 부지에 1.25GW 규모의 태양광 프로젝트를 개발했다. 태국의 국영 석유·가스 기업 PTT와 캐나다 투자회사 브룩필드와 협력하고 있다. 

그린암모니아 생산 규모는 비료·선박·철강 등의 분야를 지원하기 위해 2030년까지 연간 400만 톤으로 확대할 계획이다. 

Avaada Energy는 재생에너지 부문에서 부지확보부터 구축, 전력생산까지 종합적으로 사업을 수행하고 있다. 

Avaada는 이러한 사업 모델을 통해 일본·한국·싱가포르·독일·이탈리아·네덜란드 등의 국가들의 온실가스 배출 감축 목표(NDC)와 국외감축실적(ITMO) 달성을 지원할 수 있다. 

■ RWE의 그린수소 비즈니스 솔루션

RWE는 독일 최대 발전회사(원전·석탄·재생에너지 등)로, 전 세계적으로 재생에너지 발전사업을 활발히 진행하고 있다. 독일 내 석탄(갈탄)화력발전소는 재생에너지로 전환하고 있다. 글로벌 재생에너지 사업에서 지금은 주로 해상풍력 사업을 진행하고 있다. 이미 태양광과 ESS를 활용한 재생에너지 사업을 활발히 해왔다. 2030년까지 7조 원을 투자해 재생에너지 규모를 50GW로 확대할 계획이다. 

조만간 사업 포트폴리오에 블루·그린수소도 포함해 혼소 발전용으로 공급할 계획이다. 유럽을 중심으로 30여 개의 그린수소 프로젝트에 참여 중이다. 

재생에너지 전력생산뿐만 아니라 LNG 트레이딩 경험이 많다. 이러한 역량을 활용해 독일 서부 해안에 저장용량 2만1,000톤 규모의 청정암모니아 수입 터미널을 건설 중이다. 완공되는 2027년부터 연간 30만 톤의 청정암모니아를 수입하고, 최대 200만 톤까지 확대할 계획이다. 수입한 암모니아는 크래킹을 통해 소비자에게 수소를 공급할 계획이다. 

지난해 미국의 재생에너지 기업을 인수해 북미 재생에너지 규모가 기존 4.1MW에서 7.2MW로 확대됐다. 이를 활용해 북미에서도 그린수소 비즈니스를 본격화할 계획이다. 

향후 그린수소 수요 확대 전망에 따라 해상풍력의 필요성이 커졌다. 내부적으로 분석해보니 육상풍력보다는 해상풍력이 경제적인 것으로 나타났다. 해상풍력이 육상보다 15% 정도 비용이 저렴한 것으로 분석됐다. 육상보다 공사 기간도 5.5년 이하로 단축할 수 있고, 송전망 제약도 피할 수 있다.  

■ 블룸에너지의 SOEC 수전해 기술

블룸에너지는 성공적인 연료전지(SOFC) 사업을 기반으로 고온 수전해 기술인 SOEC 사업을 본격화하고 있다. 

블룸에너지의 SOFC는 지금까지 약 1,000개 사이트에 1GW 이상이 설치됐다. 기존 알칼라인, PEM 수전해 기술과는 달리 SOEC(고온 수전해) 기술은 아직 생소할 수 있다. 블룸에너지의 SOEC는 기본적으로 700~800℃ 고온에서 작동하고 흡열 방식이라는 점이 특징이다. 최근 실증에서 입증된 것처럼 SOEC가 높은 효율을 달성했다. 폐열을 활용하기 때문이다.  

예를 들어 암모니아 전환 공정, 화학 공정 등 온실가스 저감이 어려운 산업에서 발생하는 폐열을 이용하면 수전해에 사용하는 전기를 적게 사용하면서 친환경 수소를 생산할 수 있다. 

블룸에너지의 SOEC는 고온에서 작동하기 때문에 물 분자를 분해하는 데 저온 PEM이나 알칼라인 수전해기에 비해 에너지가 적게 든다. 또 외부의 열과 결합 시 PEM, 알칼라인 수전해보다 더 효율적으로 수소를 생산할 수 있다. 

미국 아이다호에서 블룸에너지의 SOEC(500시간 운전) 테스트를 한 결과 수소 1kg을 생산하는 데 37.7kWh의 전기가 사용됐다. 저온형 수전해보다 20~40% 정도 적은 전기를 사용하는 셈이다.

블룸에너지는 나사(NASA)의 연구센터에서 4MW SOEC 수소 생산 실증을 성공적으로 완료했다. 캐나다에 60MW 규모의 SOEC를 설치할 예정이다. 원자력발전소의 고온 증기를 활용해 수소를 생산하는 사업도 추진하고 있다. 

한국에서는 SK에코플랜트와 함께 SOEC 실증을 완료하고, SK에코플랜트가 창원산업단지 내에 구축한 ‘신재생 발전 인프라(경남창원그린에너지센터)’에 설치할 예정이다. 남부발전과는 제주도에서 SOEC를 이용한 수소 생산을 실증할 예정이다.  

■ 국산 수소 100% 보일러 개발

기존 시스템과의 호환성과 경제성을 고려할 때 수소가스 그리드로의 전환이 타당한 것으로 평가되고 있다. 천연가스 배관의 수소 혼합과 100% 수소 적용을 위한 시험이 유럽을 중심으로 진행되고 있다. 국내에서도 도시가스 배관 수소 혼입 실증사업이 진행 중이다. 수소 보일러 개발이 필요한 이유다. 

수소 보일러 개발 시 수소가 천연가스 대비 빠른 화염속도로 인한 화염 역화 위험, 인화성 한계 범위 증가와 낮은 최소 점화 에너지로 인한 폭발 위험, 천연가스보다 높은 화염 온도로 인한 NOx(질소산화물) 증가 등의 이슈가 있다. 

현재 유럽 업체를 중심으로 수소 100% 보일러를 개발 중이다. 
BDR THERMEA 그룹은 2019년 6월 세계 최초로 수소 100% 보일러를 개발하고, 2020년 6월 네덜란드 로젠베르크 실거주지에 설치해 현장시험을 완료했다. 

VIESSMANN은 모든 신모델을 수소 20% 레디 보일러로 출시하는 한편 수소 100% 산업용 보일러도 출시했다. 

보쉬그룹 산하 WORCESTER는 수소 100% 보일러 개발에 가장 적극적이다. 2020년 2월 수소 100% 보일러 프로토타입의 필드 테스트를 완료하고, 천연가스와의 호환이 가능한 수소 100% 보일러를 오는 2025년에 출시할 계획이다. 

BAXI는 모기업 BDR그룹과 함께 BAXI800 모델 기반 수소 보일러를 개발했다. 천연가스 보일러와 동일한 열교환기를 사용한다. 지난 2017년부터 2022년 11월까지 진행된 영국 ‘Hy4Heat’ 프로젝트에 참여했고, 오는 2025년 수소 100% 보일러를 출시할 계획이다. 

수소 100% 보일러에 적용할 수 있는 버너와 시스템은 ORKLI, BEKAERT 등 유럽의 보일러 부품업체를 중심으로 개발되고 있다.

경동나비엔은 수소 20% 레디 보일러를 개발해 영국용 나비엔 콘덴싱 보일러의 수소 20% 레디 인증을 완료하고, 지난 2022년 8월 출시해 판매 중이다. 또 인하대, 카이스트와 함께 수소 100% 보일러를 개발 중으로, 영국 인증기관인 에너텍의 1차 사전 테스트를 완료했다. 천연가스 보일러에서 변환 키트(버너 어셈블리, 불꽃 감지기, 컨트롤 박스)를 이용해 수소 100% 보일러로 전환하도록 개발 중이다. 오는 2024년 Worcester Bosch, BAXI, Valliant 등의 보일러 업체와 함께 영국의 수소 100% 마을 시범사업에 참여할 예정이다.

패널토론┃생존을 위한 수소 비즈니스 … 장기 관점 필요

리더스 서밋에서는 ‘최첨단 기술을 통한 수소경제 활성화’를 주제로 패널토론이 진행됐다. 토론자로 나선 송용식 한화에너지 전무는 ‘장기적인 관점의 수소 비즈니즈’, 손병수 포스코홀딩스 상무는 ‘해외 그린수소 프로젝트’를 소개했다.  

송용식 한화에너지 전무

러시아-우크라이나 사태로 인해 수소가 에너지원으로서의 활용 기대감이 좀 멀어진 느낌이다. 코로나로 인해 재정상황도 좋지 않고, 수소 비즈니스가 아직 돈벌이가 안 되다 보니 정부의 지원도 약해지고 기업들의 투자도 활발해 보이지 않는 느낌이다. 

무엇보다 수소 가격이 너무 비싸고 활용할 수소가 없다. 수소 발전의 경우 현재는 부생수소 생산지 인근에서만 실증을 할 수 있는 상황이다. 한화가 처음으로 대산에서 수소 혼소 발전 실증에 성공한 바 있다. 

또 수소에 대한 주민 수용성이 아직 많이 부족하다. 한국은 해외에서 수소를 생산해 암모니아 형태 등으로 수입, 암모니아 크래킹 등을 통해 수소 발전 등에 활용할 예정이다. 수소 발전이 활성화되려면 주민 수용성이 확보되어야 한다.   

블루수소가 앞으로 약 10년간 가격 경쟁력 유지가 가능하다고 전망된다. 그러나 RE100을 이행해야 하는 기업들은 블루수소로는 RE100 이행이 힘들다. 기업들은 RE100 이행이 시급한데 그린수소를 활용하고 싶어도 그린수소 개발에 많은 시간과 비용이 드는 상황이어서 혼란스럽기만 하다. 

그러나 기업이 돈만 바라보지 말고 정부와 협력해 장기적 관점으로 수소 비즈니스에 접근해야 할 것이다. 

  

손병수 포스코홀딩스 상무

탄소중립은 기업의 생존과 직결된다. 포스코는 생존을 위해 그린철강 시스템으로의 전환을 추진하고 있다. 2050년까지 제강 공정을 수소환원제철로 전환할 계획이다. 이를 달성하려면 연간 370만 톤의(수소환원제철용) 수소가 필요할 것으로 예상하고 있다. 

포스코는 또 내년 삼척 석탄화력발전소(2GW)의 상업운전을 개시할 예정이다. 이를 암모니아 혼소 발전으로 추진할 계획이다. 이처럼 수소발전용까지 합하면 자체적으로 2050년 기준 연간 500만 톤 정도의 수소가 필요하다. 국내 수소 수요의 20%를 단일기업인 포스코가 차지하는 셈이다. 

문제는 그린수소를 활용해야 하는데, 국내 재생에너지 여건이 좋지 않아 해외에서 그린수소를 생산해야 한다는 점이다. 

글로벌 에너지 기업들이 경쟁적으로 중동, 말레이시아 등 재생에너지 여건이 좋은 국가에서 그린수소 생산 프로젝트를 추진 중이다. 당분간 암모니아가 수소 캐리어로 큰 역할을 할 것으로 보인다.

포스코 자체적으로 분석한 결과 국내에서 생산한 그린수소 가격보다 해외에서 생산한 그린수소의 가격이 저렴하다. 해외 생산 그린수소가 경쟁력이 있다는 얘기다. 

국내 생산 그린수소는 kg당 12~13달러 정도다. 해외 생산 그린수소는 kg당 2.6~2.7달러 정도로, 암모니아 비용(운송, 크래킹 등)을 포함해도 국내 생산 그린수소 가격보다 저렴하다.  

포스코는 경쟁력 있게 그린수소를 도입하기 위해 오만, 중동, 말레이시아, 미국, 호주 등을 6대 핵심 국가로 선정하고 그린수소 프로젝트를 개발 중이다. 미국은 IRA가 있어 더 경쟁력이 있을 것으로 보인다. 최근 오만에서 서울시 면적의 50%에 해당하는 부지에서 재생에너지 기반 그린수소 생산 프로젝트를 확보한 바 있다. 

포스코는 2050년 기준 자체(내부) 수요 연간 500만 톤을 조달할 계획이다. 외부 판매 200만 톤까지 합해 총 700만 톤의 수소를 확보할 계획이다. 

철강 생산 원가의 50%가 수소 비용이다. 지금은 수소사업을 하는 데 많은 어려움이 있는 이유다. 

수전해, 암모니아 크래킹 기술도 초기 상태이다. 글로벌 기업들이 대규모 수소 프로젝트를 추진한다고 하는데, 현재는 부지 확보, 사업성 검토 단계 정도에 있다. 수소 수요도 아직 불확실하다. 정부 정책 마련도 늦는 것 같다. 

그래도 포스코는 생존을 위해 수소 비즈니스를 적극적으로 추진할 수밖에 없다.