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에너지전환 본격화 될수록 꽃 필 ‘수소에너지’

2018.01.02 18:27:40

IEA “에너지 전환 가속화 따라 수소에너지 활용도 높아질 것”
수소에너지 활용으로 자동차 등 전산업 새로운 구조 개편 전망

[이승훈 객원기자] 2016년 11월4일 195개국이 모인 파리 기후변화협약에서 ‘파리협정’이 채택돼 ‘신 기후체제’가 선포됐다. 2000년부터 2010년까지 온실가스 배출량은 연평균 2.2% 증가했고 1958년 온실가스 관측 이래 처음으로 전 지구 이산화탄소 농도가 400ppm을 상회했다.


이에 따라 지구의 평균온도 상승률을 2℃ 이내로 제한하기 위해 전 세계가 자국의 산업구조를 개편하고 온실가스를 감축할 수 있는 기술개발에 투자하는 등 온실가스 감축에 힘쓰고 있다.


이와 함께 전 세계의 또 하나의 흐름은 건강에 대한 관심이 높아지고 있다는 것이다. 유해화학물질의 노출제한 및 대기오염(미세먼지) 방지 등 개인의 건강을 유지하기 위한 전 세계는 관리규제는 점차 강화되고 있다.


전 세계 에너지 전환 가속화…수소에너지 ‘부상’
이러한 온실가스 감축을 위해 유럽 등 선진국을 중심으로 화석연료를 점진적으로 재생에너지 등으로 전환하려는 ‘에너지 전환’ 정책이 가속화되고 있다. 특히 일본은 2009년 후쿠시마 원전 사태를 계기로 미래 에너지를 ‘수소’로 전환하겠다고 2014년 공식 선언하고 국가 에너지 기본계획을 수립했다.


독일은 2000년 재생에너지법 발효 이후 신재생에너지 비중을 높여나가면서 1990년 대비 에너지 수입액 절감과 신산업 창출을 통해 경제성장을 달성하고 37만개의 일자리를 창출했다. 또한 신재생에너지 담당조직을 환경부에서 경제에너지부로 이관하고 지원금 절감 및 기존에너지 시장과의 통합 강화 등 경제성을 고려하는 방향으로 2014년 재생에너지법을 개정했다.



중국 역시 깨끗한 전력 생산을 위한 신재생 발전에 가장 많은 투자를 지속하고 있다.


세계 각국에서는 이러한 신재생에너지 보급 확대 및 에너지 전환을 위해 강력한 규제정책과 인센티브 제도를 병행하고 있다. 대표적으로 노르웨이는 오는 2025년부터 화석연료자동차 판매금지를 선언했다. 영국과 프랑스도 2040년 화석연료자동차의 신차판매 금지를 선언했다. 국제해사기구(IMO)는 2025년 모든 신규선박의 CO₂배출량을 30% 이상 감축하는 규제를 예고하고 있다.


이와 반대로 인센티브 제도로 독일 등 많은 국가에서 발전차액을 지원하는 제도(FIT)를 도입해 재생에너지 확대를 촉진하고 있다.


이처럼 전 세계는 현재 에너지 전환(화석연료 → 재생에너지 등 친환경에너지)의 과도기에 놓여 있으며 일련의 과정에 따라 주변의 환경을 조금씩 변화시킬 것이다. 에너지 전환은 기존의 화석연료 소비 시장(휘발유, 경유 등)을 급격히 축소시키는 것은 물론 향후 탄소세 등이 도입되면서 가격 역시 상대적으로 높아질 것이다.


이러한 규제와 인센티브는 결국 재생에너지 경제성을 확보하게 해 태양광, 풍력 발전 보급 및 에너지 전환이 가속화될 것으로 예상된다.



국제적인 흐름에 맞춰 국내에서도 정부 주도 하에 재생에너지 발전비중을 2030년까지 20%로 높이려는 정책을 추진하고 있으며 태양광과 풍력의 보급량을 늘리면서 에너지 변동성에 대한 기저전력으로 천연가스 발전을 계획하고 있다.


태양광과 풍력발전이 증가할수록 발전에 대한 변동성이 커질 수밖에 없으며 이에 대한 발전설비 용량 증가와 송전망 확대 구축은 경제적인 관점에서 효과적인 대안이 될 수 없다.


이 같은 변동성에 대응하기 위한 핵심기술은 대용량 에너지저장으로 배터리 에너지저장(B-ESS)은 장기간 저장이 불가능하고 대안으로 양수발전과 수소저장이 검토되고 있다. 


국제에너지기구(IEA)는 에너지 전환의 가속화는 향후 수소의 활용도를 증가시킬 것이며 수소가 장기적으로 대용량 에너지의 저장 및 전달의 역할을 하는 중간 에너지 매개체로 그 용도가 확대될 것으로 예측하고 있다. IEA는 에너지 전환의 가속화에 따라 연료전지 및 전기분해 기술이 수소에너지의 핵심기술이 될 것이라고 예상한다.



에너지 전환과 수소에너지 활용 변화상
그러면 에너지 전환과 수소에너지의 활용도가 높아짐에 따라 미래에는 어떤 변화가 올까.


에너지 전환은 산업구조를 새롭게 개편할 것이다. 특히 자동차는 친환경차로 빠르게 전환될 것이고 현재 전기차가 한 발 앞서 보급되고 있지만 향후 수소충전인프라 구축이 가속화되면 중형 및 대형차, 경유차를 대체할 수 있는 수소전기차의 보급이 확대될 것으로 예상된다.


이와 함께 건설, 기계산업, 조선·해양산업, 난방, 발전 산업 및 재생에너지 보급 확대에 따른 신산업(Hydrogen Micro Grid, Power to Gas, 재난용 발전기 등) 등 기존 화석연료를 사용하는 산업과 재생에너지 보급 확대에 따라 발생되는 에너지 신산업 등 광범위한 분야에서 산업의 구조가 개편될 것으로 예측되고 있다.





수소에너지 관련 산업 중 몇 가지 분야에 대해 소개한다.


첫 번째는 자동차 산업이다. 자동차 산업은 현재 수소충전소 인프라가 먼저 구축돼 있는 미국과 일본을 중심으로 보급이 확산되고 있으며 2017년 9월 현재 약 5,500대의 수소전기차가 전 세계에 보급돼 있다. 양산돼 시판되고 있는 수소전기차 모델은 모두 3대로 2020년이면 벤츠, BMW, GM 등이 수소전기차 양산에 합류하면서 본격적인 보급이 이뤄질 것으로 예상된다.


또한 미국과 유럽은 2000년 초반부처 실증사업을 기반으로 온실가스 배출량이 가장 낮은  수소전기버스 보급을 확대하고 있다. 유럽의 경우 현재 206대의 수소전기버스를 운행하고 있으며 2020년까지 919대의 수소전기버스를 보급·운행할 계획이다.


특히 중국은 지난해 연간 5,000대 규모의 버스용 연료전지 생산 공장을 캐나다 발라드(Ballard)와 합작으로 완공했으며 중국 내 수소전기버스 보급을 확대하고 있다. 프랑스, 스위스, 노르웨이, 벨기에, 미국 및 일본 등은 경유 트럭을 대체하기 위해 수소전기트럭을 개발해 실증하고 있다.


두 번째 산업은 지게차 산업이다. 미국의 플러그파워는 2017년 9월 현재 총 60만대의 지게차 중 약 1만8,000여대(3%)의 지게차를 월마트 및 아마존에 공급했다. 수소전기 지게차는 기존 납산전지 지게차보다 약 1.8배 고가이지만 빠른 충전 속도와 공간 확보라는 장점으로 인해 보급량이 계속 증가될 전망이다. 이에 일본의 자동차 메이커인 도요타도 수소전기 지게차를 개발해 실증에 나서고 있다.


그 외 독일의 알스톰(Alstorm)은 수소전기 열차를 개발해 현재 시운전하고 있으며 올해 승객수송에 직접 투입할 예정이다. 친환경 선박으로서 수소선박의 활용을 위한 실증사업도 지속적으로 추진하고 있다.


세 번째는 재생에너지 보급 확대에 따른 새로운 에너지신산업이다. 그 중 가장 확대 전망이 높은 산업은 ‘Hydrogen Micro Grid’ 사업이다.


마이크로 그리드 사업은 계통 연계형과 독립형으로 구분할 수 있으며 세계적으로 인구밀도가 낮고 국가 전력망의 접근성이 열악한 지역을 중심으로 독립형 마이크로 그리드 사업이 활성화될 것으로 예상되고 있다. 마이크로 그리드 사업은 2020년 약 4GW 설치 용량을 기록하며 금액으로는 약 200억 달러의 시장이 형성될 것으로 예측되고 있다.


국내에서는 18개 사업 중 6개 사업이 완료됐고 현재 12개 사업이 진행되고 있다. 그 중 충청남도 죽도에서 진행된 에너지자립섬을 살펴보면 현재 에너지자립율 76%를 기록하고 있으며 저장매체로는 배터리 ESS를 사용하고 있다. 에너지자립율은 계절 및 기상 상황에 따라 50%에서 90%로 변동되고 있으며 부족한 전기는 디젤 발전기를 이용해 공급하고 있다.


배터리 ESS의 경우 배터리의 안전성을 유지하기 위해 최대 90% 충전 및 최저 20% 전력을  유지토록 한다. 이에 따라 100W의 배터리 용량을 설치하더라도 실제는 70W의 전기만 저장해 활용할 수 있으며 태양광발전이 이뤄지더라도 배터리 용량이 90%에 달하면 이후부터 생산되는 전기는 사용을 못하고 버릴 수밖에 없다.



재생에너지에서 생산되는 전기의 효율을 높이고 에너지자립율을 100%로 끌어 올리기 위해서는 수소에너지의 도입이 반드시 필요하다. 해외에서는 수소를 에너지 저장매체로 사용하는 프로젝트가 마이크로 그리드 사업과 함께 진행되고 있다.


에너지 기업인 Enel Green Power는 칠레 북부 고원지대인 안토파가스타에 125kW의 태양광을 설치해 전기를 생산하고 450kW의 수소저장 설비, 132kW의 배터리 저장시스템을 설치해 600명이 근무하는 플랜트에 기존 전력선을 통합, 전기 공급 없이 100% 재생에너지를 이용해 전기를 공급하고 있다. 또한 전기분해 시 생산되는 고순도 산소는 수요처에 판매하고 있다.



“장기적 관점서 수소에너지 로드맵 그려야” 
수소에너지는 우리나라의 산업 전반에 걸쳐 관련돼 있고 우리가 사용하는 모든 화석연료 산업과도 연결돼 있다. 이러한 친환경 에너지로의 변화는 세계적인 흐름이며 앞으로 반드시 다가올 미래라고 할 수 있다.


독일, 일본, 미국, 중국 등의 국가들은 미래 시장에 대응하기 위해 국가적인 차원에서 정책(규제 및 인센티브)을 수립해 추진하고 있지만 우리는 정부 대응이 어려운 상태이다. 그 이유는 아직도 수소관련 담당자와 전담부서가 없기 때문이다.


이 같은 문제를 해결하기 위해서는 ‘수소특별법’ 제정이 반드시 필요하다. 법 제정을 통해 정부의 전담부서를 만들고 에너지 기본계획 및 수소에너지 기본계획을 정부에서 수립함으로써 ‘에너지 전환’과 수소에너지 관련 산업의 기반을 조성하는 것이 시급하다.


변화의 흐름을 잘 이해하고 이에 대한 발 빠른 대처를 하지 않으면 앞으로 우리나라 산업은 미래를 기약하기 어렵다. 국내에서는 여전히 수소산업 초기시장조차 형성하지 못하고 있는 실정이지만 국외에서는 초기시장을 만들어가고 있으며 에너지신산업에 대한 대응기술 개발 및 실증을 통해 효율성을 검증하고 있다.


에너지 전환이 앞으로 생활 전반에서 시작될 것이다. 이러한 변화에 대응하기 위한 정부의 적극적인 정책개발 및 기초 산업 육성이 필요하다. 단기적이 아니라 장기적인 관점에서 기술개발, 정책, 기반조성 등의 전체적인 로드맵을 그려야 할 시점이다.

이승훈 객원기자 h2news@h2news.kr
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