[월간수소경제 이종수 기자] 정부는 지난 2019년 1월 17일 울산에서 ‘수소전기차’와 ‘연료전지’를 양대 축으로 하는 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표했다. 

수소경제 활성화 로드맵이 체계적으로 이행되기 위해선 구체적인 과제와 이행계획이 필요하다. 로드맵에서 부족했던 부분도 보완해야 한다. 정부가 세계 최초로 제정한 수소법에 근거해 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’을 수립하고 지난해 11월 공식 발표한 배경이다.  

이번 기본계획은 수소경제 활성화 로드맵과 비교 시 청정수소와 액화수소, 산업부문 수소활용 확대에 중점을 둔 게 큰 특징으로 분석된다. 수소항만 조성 계획과 천연가스 배관망 수소혼입 방안이 처음으로 제시된 점도 주목된다. 

‘2050 탄소중립 추진전략’에 따라 기존 2040년에서 2050년까지의 이행계획을 담았다는 것도 차이점이다.

‘수소 로드맵 2.0’ 수립

정부는 지난 2018년 8월 ‘혁신성장 전략투자 방향’에서 ‘수소경제’를 3대 전략투자 분야로 선정한 바 있다. 이후 산업통상자원부는 2018년 9월 관계부처와 민간전문가가 참여하는 ‘수소경제 추진위원회’를 구성해 3개월여간의 의견수렴과 연구·분석 등을 통해 로드맵을 준비했다. 2019년 초부터 관계부처 협의를 거쳐 1월 16일 경제관계장관회의에서 최종 논의한 후 1월 17일 문재인 대통령이 참석한 가운데 울산에서 수소경제 활성화 

로드맵을 발표하기에 이르렀다.   

정부는 수소경제 활성화 로드맵 발표 이후 표준화 전략 로드맵, 수소 인프라 및 수소충전소 구축방안, 수소 기술개발 로드맵, 수소 시범도시 추진전략, 수소 안전관리 종합대책 등 후속 로드맵을 내놓았다. 

지난 2019년 6월에는 에너지 분야 최상위 기본계획인 ‘제3차 에너지기본계획’에도 수소경제 활성화 로드맵의 주요 내용이 담겼다. 

하지만 관련 업계 일각에서는 정부의 수소경제 정책의 지속가능성에 대한 의문이 완전히 가시지 않았다. 수소경제 투자를 망설이는 분위기도 여전히 감지됐다. 노무현 정부 시절에 추진했던 수소경제가 차기 정권부터 추진동력을 상실한 경험을 했기 때문이다.  

더군다나 정부가 수소경제 활성화 로드맵을 발표한 지 얼마 지나지 않아 강릉 과학단지 수소탱크 사고(2019년 5월 23일)가 발생하는가 하면 수소충전소 구축 지연, 수소에너지의 친환경 논란(부생・추출수소 생산 시 CO2 발생) 등의 이슈도 등장했다. 

정부가 로드맵을 통해 보여준 수소경제 추진 의지와 전략만으로는 민간부문의 투자를 적극 유도하기에는 부족한 부분이 있었던 것이다. 더 강력한 정책 조치가 필요했다. 정부가 지속적이고 체계적으로 수소경제를 추진한다는 확실한 시그널을 시장에 던져주어야 했던 것.  

정부가 국회와 힘을 합쳐 2020년 2월에 수소경제 이행 추진체계, 수소 전문기업 육성, 수소충전소・연료전지 설치 촉진, 기반조성, 전담기관, 안전관리 등을 담은 수소법을 제정(2021년 2월 5일 시행)한 배경이다. 

수소법 제정에 따라 우선 수소경제 추진체계가 완성됐다. 현재 수소경제 컨트롤 타워 역할을 수행하는 ‘수소경제위원회’와 3개의 수소경제전담기관(수소산업진흥-수소융합얼라이언스, 수소유통-한국가스공사, 수소안전-한국가스안전공사)을 운영 중이다. 

수소경제위원회는 2021년 11월까지 총 4차 회의에 걸쳐 수소산업 생태계 경쟁력 강화 방안, 수소 발전 의무화제도 도입방안, 수소경제 민간투자 계획 및 정부 지원 방안, 수소충전소 전략적 배치 계획, 수소항만 조성 방안 등을 심의・의결했다.  

특히 수소경제 활성화 로드맵은 2040년까지 수소경제 활성화를 위한 큰 정책 방향성과 목표・추진전략 등만을 담았다. 수소경제전담기관들이 기업들과 함께 로드맵과 수소경제위원회에서 의결한 방안들을 추진하기 위해서는 법적 구속력이 있는 구체적인 과제와 계획들이 필요하다. 

또 급변하는 대내외 환경 변화에 따라 로드맵을 현실적으로 보완하고 업그레이드할 필요도 있었다. 정부가 일본, 호주, EU 등 다른 나라의 정책 추진 현황을 참조하고, 우리가 가진 경쟁 여건, 시장환경 변화, 기술발전 추이 등을 면밀히 검토해 로드맵을 마련했다고 하지만 약 4개월이라는 짧은 기간에 마련한 로드맵이라는 점에서 완성도를 높일 필요가 있었다. 

그 당시 수소융합얼라이언스의 한 관계자는 “사실 정부가 ‘수소경제 활성화 로드맵’과 그 후속 계획들을 발표한 이후에도 정권이 바뀌어도 정부가 지속적으로 수소경제를 추진할 것이냐에 대한 의구심이 계속 제기되어 왔다”라며 “수소법에 근거한 ‘수소경제 이행 기본계획’까지 나오면 기업들은 정부가 정권 교체와 상관없이 지속적으로 수소경제를 추진한다는 확실한 시그널로 인식하고 본격적으로 투자에 나설 것”이라고 말했다. 

실제 정부가 수소경제 이행 기본계획을 수립하는 과정에서 SK, 포스코, 한화, 효성 등의 대기업과 중소・중견기업들이 2030년까지 총 43조 원 투자 계획을 발표했다. 지난해 9월에는 현대차그룹, SK그룹, 포스코그룹, 롯데그룹 등 총 15개 회원사로 구성된 수소기업협의체 ‘Korea H2 Business Summit’이 공식 출범했다.  

정부는 지난해 11월 26일 ‘수소 로드맵 2.0’으로 불리는 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’을 발표했다. 

수소경제 이행 기본계획은 수소법에 근거한 법정계획으로, 수소경제위원회에서 심의・의결한다. 수소경제위원회는 기본계획의 추진실적을 점검・평가하고, 개선토록 하는 역할도 수행한다.

수소법 제5조에 따르면 수소경제 이행 기본계획에는 △수소경제 이행을 위한 정책의 기본방향 △제도의 수립・정비 △기반조성 △재원조달 계획 △수소의 생산시설 및 수소연료공급시설의 설치계획 △수소의 수급계획 △수소의 안전한 활용 등에 관한 사항과 그 밖에 산업통상자원부령으로 정하는 수소경제 이행에 필요한 사항이 포함되어야 한다.  

산업부는 당초 2021년 2월 수소법 시행에 맞춰 기본계획을 수립・발표할 계획이었으나, 2020년 12월 ‘2050 탄소중립 추진전략’이 발표됨에 따라 탄소중립 시나리오 등이 나온 후 이행계획을 수립키로 했다. 

이에 따라 지난해 2월부터 9월까지 수소 분야 산학연 전문가 100여명으로 구성된 워킹그룹(총 6개 분과: 수송, 연료전지, 생산, 저장·운송, 안전·국민수용성, 혼소·전소발전)을 운영하고 수소기업 정책제안도 조사해 기본계획에 반영했다. 11월까지 관계부처 협의를 거친 기본계획은 ‘제4차 수소경제위원회’에서 최종 심의・의결됐다. 

이번 기본계획에는 △국내외 청정수소 생산 주도 △빈틈없는 인프라 구축 △모든 일상에서 수소 활용 △생태계 기반 강화 등 4대 추진전략을 바탕으로 △청정수소(그린·블루수소) 생산·도입 △수소 유통인프라 확충 △수소발전·모빌리티·수소산업공정 확산 △수소 클러스터·도시·규제자유특구 육성 △수소안전·기술개발·국제협력 등 15개 과제가 담겼다. 

이번 기본계획이 차질 없이 추진되면 2050년에 수소가 최종에너지 소비의 33%, 발전량의 23.8%의 비중을 차지해 2020년 최대 에너지원인 석유(49.3%)를 제치고 단일 에너지원으로는 최대 에너지원으로 자리잡을 전망이다.  

산업통상자원부의 관계자는 “‘제1차 수소경제 이행 기본계획’은 2021년 2월 수소법 시행 이후 첫 법정 기본계획”이라며 “수소의 생산, 저장・운송, 활용 단계별 목표를 명확히 하고, 목표 달성을 위한 추진전략, 이행과제, 이해관계자별 역할을 구체화했다는 점에서 의미가 있다”고 밝혔다.  

수소경제 이행 기본계획은 전력수급기본계획, 천연가스수급기본계획 등과 같이 몇 년 주기로 수립되지 않고 상황 변화 등에 따라 유연하게 수립된다.     

청정수소 공급체계 전환

수소경제 활성화 로드맵과 비교 시 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’의 가장 큰 특징은 청정수소(블루・그린수소) 공급체계로의 전환을 전면에 내세워 비중 있게 다뤘다는 점이다. 

지난 2020년 수소 전략을 발표한 EU와 독일이 그린수소에 방점을 둔 것이 큰 영향을 미친 것으로 보인다. EU는 2024년 6GW, 2030년까지 67GW, 독일은 2040년까지 10GW 규모의 재생에너지 기반 수전해 그린수소 생산시설을 구축하는 한편 그린수소 인증 기준을 마련해 철강・석유화학 등 산업 분야에서 그린수소 활용을 확대할 계획이다.  

현재 전 세계적으로 약 320개의 그린수소 생산 실증 프로젝트가 진행 중이다.

국내에서 2020년 7월 ‘한국판 그린뉴딜 종합계획’, 2020년 12월 ‘2050 탄소중립 추진전략’이  발표된 이후 그린수소의 역할이 더욱 중요해진 점도 작용했다.  

정부는 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’을 통해 2050년 연간 2,790만 톤의 수소를 100% 청정수소로 공급하고, 국내 생산은 물론 우리 기술·자본으로 생산한 해외 청정수소 도입으로 청정수소 자급률도 60% 이상 확대한다는 계획을 밝혔다. 

우선 2030년까지 MW급 실증을 통해 25만 톤급의 대규모 그린수소 생산 기반을 구축하고 생산 단가 3,500원/kg 수준을 달성한다는 목표다. 2050년까지는 그린수소 생산을 300만 톤으로 확대하고, 생산 단가는 2,500원/kg으로 낮춘다는 계획이다.  

또한 국내 그린수소 생산기술은 평균 8.9kg/hr의 실증단계 수준으로 재생에너지 활용 그린수소 대량생산 기술력을 확보하게 된다. 

주요 내용을 보면 현재 수전해 기술은 500kW급 수준이다. 2025년 MW급, 2030년까지 10MW급 스택 개발・실증으로 대용량화를 추진한다는 계획이다. 수전해 시스템의 전력소비량 개선 등을 통해 현재 55%인 수전해 효율(LHV)을 2030년 69%, 2050년 77%까지 향상시킨다는 목표다.

그린수소 생산 시스템의 신뢰성 제고를 위해 오는 2024년까지 수전해 셀·스택·시스템의 성능과 내구성·안정성을 평가할 수 있는 시험센터를 구축할 예정이다. 

아울러 제주, 전북, 전남 등 재생에너지단지를 중심으로 대규모 그린수소 생산과 출력제한 전력 활용을 위한 실증을 통해 MW급 스택 상용화, 2025년까지 연간 950톤 생산 기반 확보 및 수소생산 단가 6,000원/kg대 달성으로 해외 시장 진출 계기를 마련한다는 목표다. 

해양 기반 재생에너지(파력·풍력 등)를 활용한 그린수소도 개발할 예정이다. 오는 2025년 연안 고정식 플랜트(제주 파력발전)에 인근 해상풍력 1기를 연계한 수소 생산을 시작으로, 2030년까지 연간 1,000톤급 부유식 수소 생산 플랜트를 개발해 2035년까지 연간 1만 톤급으로 확대한다는 계획이다. 

그러나 그린수소 생산의 경제성 확보가 관건이다.  

우선 수전해 공급인프라 설치 보조(2022~2023년, 3개소)를 추진하고, 주요국 사례조사 등을 통해 기타 인센티브 방안을 검토할 예정이다. 미국의 경우 2022년부터 수소 생산세액공제를 시행해 청정수소 생산 1kg당 최대 3달러까지 공제한다. 노르웨이는 수전해에 사용되는 전기에 대한 소비자세를 면제해주고 있다.

아울러 RE100 참여(녹색프리미엄 요금제), 플러스 DR 참여(제주, 수요증대 정산금), 전력계약 허용, 계시별 요금제 개편 등 관련 제도를 정비하기로 했다. 

특히 청정수소 발전제도(CHPS)와 청정수소 인증제 도입 등을 통해 발전·산업·수송용 등 다양한 분야에 그린수소 공급 활용을 확대하고, 재생에너지 확대에 대응해 수소(수전해장치)를 장주기 저장장치로 고려해 저장믹스(Storage Mix) 계획 수립시 수소를 포함토록 추진할 계획이다.

정부는 LNG 인수기지 인근에 블루수소 생산 클러스터를 조성할 계획이다. 이를 위해 오는 2025년 LNG 개질+CCS를 활용한 블루수소 생산, 인근 수요처 발굴·공급, 발생 온실가스 국내외 저장·처리 등 블루수소 전주기 실증에 착수할 예정이다. 

이와 함께 동해가스전 실증 등 탄소포집・저장기술(CCS) 상용화 일정에 맞추어 2030년까지 9억 톤 이상의 탄소저장소를 확보해 2030년 75만 톤, 2050년까지 200만 톤의 블루수소를 생산한다는 계획이다. 

한편 SK와 중부발전은 중부발전 유휴부지(보령)에 수소 생산・액화・연료전지 설비를 포함한 종합 청정수소 생산기지를 건설해 2025년에 국내 최초로 블루수소(연간 25만 톤)를 생산할 예정이다.

해외생산 청정수소 도입 준비도 본격화한다. ‘H2 STAR 프로젝트’와 같은 국내 자본·기술을 활용한 해외 재생에너지 기반 수소생산 프로젝트를 추진해 2050년까지 40개의 해외 수소공급망을 구축해 수소자급률 60% 이상을 확보할 계획이다. 

2025년에 해외에서 블루 암모니아 생산을 개시해 2027년부터 국내에 도입하는 프로젝트가 가장 빠르게 추진되고 있는 프로젝트다.  

해외생산 청정수소를 국내로 들여오기 위한 인프라 구축이 필요하다. 정부는 수소 캐리어로 주목받고 있는 암모니아에 주목하고 있다. 정부 주도의 암모니아 운송선 건조와 함께 석탄-암모니아 혼소발전 등을 위해 석탄 수입터미널 개보수를 통한 전환 또는 중앙집중형 신규 인수기지 구축을 검토하기로 했다. 

급격한 수요증가와 수입 차질로 인한 예기치 못한 공급 부족에 대비할 수 있도록 암모니아 비축기지 구축도 검토할 예정이다.  

글로벌 수소 시장을 선도하기 위해 수소 국제거래소 설립을 추진하고, 청정수소 인증제・원산지 검증체계를 구축할 계획이다. 

2023년에 수소 국제거래소를 설립해 수소 기준가격으로서 역할이 가능한 물량 확보를 위해 국내 생산자-구매자간 거래가격과 해외 수소 국내 도착기준 가격을 공시하고, 글로벌 주요 경로 거래가격, 수송수단(액화수소·암모니아·메탄올·메탄 등) 등에 따른 다양한 수소 종류별 공시를 통해 글로벌 인덱스화한 후 2030년부터는 국제 현물거래 플랫폼으로 운영한다는 계획이다.  

청정수소 인증제와 관련해서는 2022년에 수소생산·도입 방식별 CO2 배출현황을 조사하고, 2023년에 CO2 배출량 실증과 인증기관 선정을 진행한 후 2024년에 청정수소 인증제도 운영을 고시할 예정이다.

2024년에 수출국의 수소생산 플랜트 정보, 공정별 적합성평가 결과 등을 기반으로 청정수소 원산지 검증체계를 구축할 계획이다.

산업 부문으로 수소 활용 확대

수소 활용을 기존 모빌리티와 연료전지 중심에서 철강・석유화학・시멘트 등의 산업 분야로 확대했다는 점은 이번 기본계획의 또 다른 핵심 내용이다. 

먼저 신규 산단에 대해 수소로 열·전기를 공급하고, 산단 내 공정 연·원료도 수소를 사용하는 무탄소 산단 조성을 유도하는 한편 설비교체 시기가 도래한 노후 산단 석탄·석유 사용 집단에너지 사업자의 LNG 연료전환 추진으로 수소혼소・전환 기반을 마련한다는 계획이다.  

산업단지 내 유휴부지를 활용해 스팀 열병합 연료전지도 보급한다. 

정부는 신규·노후 산단에 수소 도입시 청정수소발전제도 입찰 우선권 부여, 산업단지 내 청정수소 판매허용 등의 인센티브를 추진할 계획이다.

철강 분야는 수소환원제철 공정으로 전환한다. 1단계로 2030년까지 민관 합동으로 한국형 분광 수소유동환원공정을 개발하고, 100만 톤급 시험플랜트를 구축해 제품생산을 실증한다. 2단계는 2040년까지 상용화 수준인 300만 톤급으로 스케일업 기술을 확보하고, 3단계는 2050년까지 기존 탄소계 설비(고로, 12기)를 수소환원설비(13기)로 완전 전환한다는 계획이다. 

석유화학 분야는 석유화학공정 연료인 중유를 수소, 바이오매스 등으로 대체키로 했다. 아울러 전기분해 가열로의 본격적인 도입과 함께 불필요해진 부생가스(메탄 등)를 활용하거나 청정수소로 고부가 화학제품을 생산한다는 계획이다. 

1단계로 부생가스(메탄, CO2 등) 활용 고부가 화학제품(메탄올, 올레핀) 제조를 상용화(예상 시기: 메탄올 2030년, 올레핀 2040년)한다. 2단계는 청정수소를 이용한 간접・직접 전환 기술 확보로 고부가 화학제품 제조를 상용화(간접 2040년, 직접 2050년)한다.

시멘트 분야는 2030년부터 클링커(시멘트 중간체)를 생산하는 소성로의 연료를 친환경 폐합성수지 60%, 수소 열원(바이오매스 연동) 40%로 대체할 계획이다. 

또 2023년부터 친환경 열원 활용 공정인 수소 하이브리드・전소형 클링커 소성로 등 수소 연료 활용 무탄소 신열원 기술 개발도 추진한다. 2030년까지 수소열원 소성로 제조설비 설계 및 1기 실증을 거쳐 30년 이상 노후설비를 대상으로 순차 적용하는 한편 준양산급 수소열원 소성로 실증(2040년)도 추진할 계획이다. 

2030년까지 수소액화플랜트 구축

‘제1차 수소경제 이행 기본계획’에서 액화수소 프로젝트도 주목되는 부분이다. 

정부는 이번 기본계획을 통해 대량의 청정수소 활용이 예상되는 2030년까지 수소 액화플랜트를 구축할 계획임을 밝혔다. 

민간 중심으로 LNG 인수기지 유휴부지, 규제 샌드박스 등을 활용해 액화플랜트를 조기 구축한다는 것이다. 실제 최근 효성중공업, 두산중공업 등의 기업들이 선제적으로 액화수소 플랜트 구축에 나섰다.  

평택에서는 2024년 1만 톤/년에서 2030년 2만 톤/년으로 액체수소 생산을 확대한다. 통영은 2026년 1만  톤/년, 인천은 2023년 3만 톤/년, 울산은 2023년 1만3,000톤/년, 창원은 2023년 1,650톤/년의 액체수소를 생산한다는 계획이다. 

정부는 출하센터, 트레일러, 액화충전소 등 액화수소 유통과정의 전반을 지원하고, 기술확보를 통해 국내외 건설시장 진출을 지원키로 했다. 

현재 하루 0.5톤급 플랜트 기술 및 핵심 기자재 개발이 진행 중인 가운데 2024년부터 2029년까지는 하루 5톤급 액체수소 생산을 위한 LNG 냉열 활용 기술과 시스템 효율 11.4kWh/kg의 액화플랜트 개발・실증을 추진할 예정이다. 

2023년에 액화수소 관련 안전기준을 마련하고, 민간투자 지원과 국내기술 확보를 통해 2030년부터는 해외시장에 진출할 수 있도록 지원할 계획이다. 

수소항만 구축한다

수소 유통 인프라 중 ‘수소 항만’이 처음으로 이번 수소경제 이행 기본계획에 반영됐다는 점이 주목된다.  

정부는 항만도시, 석탄·LNG발전소, 산업단지 등의 인근에 수소항만을 구축하고, 항만시설 사용료·임대료 감면 등의 인센티브를 부여해 항만 내 선박·차량·장비 등을 수소 기반으로 전환하고, 국내외 청정수소 수(출)입 허브항만으로 활용할 계획이다. 

2028년 항만도시 2개소를 시작으로 2030년까지 항만도시에 9개소, 석탄발전소에 13개소, 2040년까지 항만도시 14개소와 함께 LNG발전소・산업단지 등에도 수소항만을 구축한다는 계획이다. 

먼저 항만도시에 수소항만을 구축하기 위해 수소에너지 생태계에 적합한 항만별 특성을 고려해 항만별 특화된 수소항만 모델과 수소 인프라 조성 계획을 2023년까지 수립할 예정이다. 울산, 광양, 부산, 평택·당진, 군산 등 주요 항만을 중심으로 민관협력 수소항만 선도사업을 추진한다. 

석탄발전소의 경우 석탄발전기에 암모니아 혼소를 위해 석탄발전사가 자체 보유한 개별부두(태안·당진·보령·신서천·영흥 등 총 13개)를 기반으로 암모니아 도입 설비를 구축할 계획이다.

LNG발전소·산업단지에는 항만도시, 석탄발전기(2030년까지 총 18개)의 LNG 대체건설 등과 최대한 연계하고, 이와 연계되지 않는 지역에 대해서는 신규 항만 건설을 추진한다는 방침이다. 

천연가스망 수소혼입 실증

수소생산·도입 주요 거점을 중심으로 수소 배관망을 구축하고, 기존 천연가스망을 활용한 수소혼입을 검토한다는 점도 눈에 띈다. 

동남권은 창원·부산·울산 지역에 계획 중인 수소생산기지 기반으로 동남권 수소산업 벨트를 구축하기 위한 배관망을 구축한다는 계획이다. 서부권은 인천·군산 지역에 계획 중인 수소생산기지와 인근 대규모 수요처인 LNG 발전단지, 산업단지 등을 배관망으로 연결하는 방식이다. 

내륙도 2023년 완공 예정인 광주 수소생산기지와 버스·트럭 등 대규모 충전소 거점을 배관망으로 연결한다. 수소도입지역은 항만도시, 발전단지 등 해외 암모니아・수소 도입거점 지역을 중심으로 인근 산업단지 등 수요지와 연계해 배관망을 구축한다는 계획이다. 

기존 천연가스망의 수소혼입 방안은 이번 수소경제 이행 기본계획에서 처음 제시된 것이다. 이미 유럽 등에서는 관련 실증사업이 진행되고 있다. 

정부는 오는 2024년까지 수소혼입 안전성을 검증하고 수소 혼입비율에 따른 압력・취성 등 배관품질 변화, 수요처 가스장비 등의 영향 분석을 통해 안전성 확보 기준을 마련할 예정이다. 

2022년부터 도시가스사 지역배관을 시작으로, 2025년부터는 가스공사 주배관을 대상으로 수소혼입 실증을 실시할 예정이다. 현행 품질기준상 소량의 수소혼입(1% 이하)이 가능한 도시가스사의 중압배관을 대상으로 우선 실증하고 혼입비율 상향을 추후 추진한다는 계획이다. 현행 품질기준상 수소혼입이 불가능한 가스공사 고압배관 실증은 수소혼입 안전성 검증과 영향도 분석 이후 순차적으로 추진키로 했다. 

2030년부터는 도시가스(CH4)와 수소(H2)의 화학적·물리적 특성을 고려해 사용되는 배관의 재질분석(안전성 검토) 후 수소배관 연계를 추진할 계획이다.