▲ 미국 플러그파워의 액화수소 생산시설.

[월간수소경제 이종수 기자] 기체수소를 극저온 상태(-253℃)로 냉각해 액화한 액체수소는 기체수소와 비교해 저장·운송 측면에서 우수해 미래 수소경제의 게임 체인저로써 버스, 트럭 등의 수소상용차 보급촉진과 국가 간 대량수소 운송을 위한 핵심수단으로 주목받고 있다.

전 세계적으로 미국, 독일, 프랑스, 일본, 중국 등의 국가에 40여 개(하루 410톤급)의 상용급 액화수소 플랜트가 건설되었고 린데(독일), 에어리퀴드(프랑스), 에어프로덕츠(미국) 등 3대 메이저 산업용 가스 기업들만 상용화 기술을 확보한 상태다.

▲ 일본 이와타니의 오사카 이타미공항 액체수소충전소.

이미 미국, 일본, 독일 등은 250개소 이상의 액체수소충전소를 운영하는 등 액화수소를 중심으로 수소생태계를 확장하고 있다.

그간 국내는 액화수소 플랜트가 전무했다. 이제 국내도 액화수소 불모지가 아니다. 올해 창원, 울산, 인천 등 3곳에서 연간 최대 4만 톤 규모의 액화수소 플랜트가 준공되어 액체수소 생산을 시작하기 때문이다.

상용차·액화수소 ‘쌍두마차’ 달린다

정부는 지난해 11월 ‘제5차 수소경제위원회’를 통해 발전·수송 분야에서 대규모 수소 수요를 창출하겠다고 밝힌 바 있다.

수송 분야에서는 2030년 수소상용차 3만 대 및 액체수소충전소 70개소 보급목표를 제시했다. 이를 위해 수소 버스·트럭의 구매보조금을 확대하고, 지자체 대상 수소버스·충전소 보급 지원 시범사업, 경찰버스의 수소버스 전환, 수소버스 취득세 감면 및 고속도로 통행료 감면 연장 등을 추진해 수소상용차 보급을 확대한다는 계획이다.

▲ SK E&S는 지난 2월 22일 인천시 연수구 송도컨벤시아에서 환경부, 국토교통부, 인천광역시, 현대자동차와 ‘인천시 수소버스 선도도시 조성을 위한 실시협약’을 체결했다.

액화수소 기반 인프라 구축에도 집중할 계획이다. 2023년까지 연간 4만 톤 규모의 수소를 액화할 수 있는 플랜트를 구축하고, 액체수소충전소 구축 보조금 지원 규모를 확대하는 계획을 밝혔다.

또 정부는 기존 기체충전소를 액체충전소로 전환하기 위한 기술개발, 법적 기준, 시설 개조 등의 지원방안을 마련키로 하는 한편 지하 매몰형·이동형 액체수소충전소, 버스공영차고지 내 수소복합스테이션 등 액체수소충전 모델을 다양화하기로 했다.  

올해 3곳 액화수소 플랜트 준공

올 상반기에 창원에서 국내 최초로 액화수소 플랜트가 준공될 예정이다.

국가산업단지 구조고도화 펀드와 창원산업진흥원(경남도·창원시 보조), 두산에너빌리티가 공동 출자한 SPC인 ‘하이창원’은 두산에너빌리티 창원공장 부지에 연간 1,700톤(하루 5톤) 규모의 액화수소 플랜트를 건설 중이다. 지난 3월 9일 기준 공정률이 99.7%로, 국내 최초로 올 상반기에 액체수소 생산을 개시할 예정이다.  

▲ 상공에서 내려다본 창원 액화수소 플랜트.

SK E&S는 인천시 서구 원창동 일대 SK인천석유화학단지 내 약 1만3,000평의 부지를 매입해 연간 최대 3만 톤 규모의 액체수소를 생산할 수 있는 플랜트를 건설하고 있다. 올해 10월 생산을 개시할 계획이다.

SK E&S는 미국 플러그파워와 공동 설립한 SK플러그하이버스를 통해 버스차고지 등 수요처 인근에 액체수소충전소 약 40여 개소를 구축할 예정이다.

충남 보령에 블루수소 생산기지와 연계한 액화수소 플랜트도 구축할 예정이다. SK E&S는 한국중부발전과 함께 약 5조 원을 투입해 보령LNG터미널 인근에 세계 최대 규모 블루수소 생산기지를 건설할 계획이다. 이 기지의 연산 규모는 25만 톤으로, 기체수소 20만 톤은 파이프라인을 통해 인근 지역에 연료전지 등 수소발전용으로, 5만 톤은 액체수소 형태로 전국 수소충전소에 공급한다.

효성과 린데의 액체수소 생산 합작법인인 린데수소에너지는 효성화학의 용연공장 부지에 연산 5,200톤 규모의 액화수소 플랜트를 건설 중으로, 오는 12월 액체수소 생산을 개시할 계획이다. 판매 합작법인인 효성하이드로젠은 액체수소충전소 설치·운영과 액체수소 제품의 운송·유통 사업을 전담한다.

이들 기업은 국내 액화수소 관련 기준이 미비해 정부의 규제샌드박스 제도를 통한 실증특례를 승인받아 액화수소플랜트와 액체수소충전소를 구축 중이다.

해외에서는 이미 액화수소 설비가 상용화되었지만 국내의 경우 고압가스 안전관리법상 액화수소 플랜트의 주요 설비, 수송 트레일러 용기, 충전소의 기술·안전기준 등이 부재한 상황이다.

한편 GS칼텍스는 한국가스공사와 평택LNG인수기지 내 1만 톤 규모의 액화수소 플랜트 구축을 추진하고 있다.  

액체수소 수요창출 ‘최대 관건’

올해 3곳의 액화플랜트 준공과 함께 국내시장에 처음으로 연간 최대 4만 톤의 액체수소가 본격 생산됨에 따라 수요창출과 유통 인프라 확보가 가장 시급하다.

정부는 수소상용차를 2025년 5,000대, 2030년 3만 대로 확대한다는 계획이다. 액체수소의 최우선 수요처는 상용차인데, 2022년 12월 31일 기준 수소차 등록대수 2만9,623대 중 상용차는 286대에 불과하다. 현재 완공되어 운영을 개시한 액체수소충전소도 전무하다.  

정부는 액체수소의 수요창출과 유통 인프라 확보 지원에 총력을 기울이고 있다.

우선 수소상용차의 구매보조금 지원 규모를 확대했다. 올해 수소버스는 700대(시내 400대, 광역 300대)로 2022년보다 360대 증가했다. 수소트럭·청소차는 2022년 10대에서 올해 220대로 증가했다.

▲ 창원 지역 수소 시내버스가 성주수소충전소에서 충전 중이다.

지자체가 적극적으로 수소버스를 보급할 수 있도록 정부의 보조금을 상향 조정해 지자체의 부담을 완화했다.

예를 들어 시내버스 구매보조금은 총 3억 원으로, 기존에는 정부와 지자체가 각각 1억5,000만 원을 보조했는데, 올해부터는 정부 보조금이 2억1,000만 원으로 상향되어 지자체는 6,000만 원이 줄어든 9,000만 원을 부담하게 됐다.

환경부는 현재 상용차 충전소가 없는 지역(세종시, 제주도)에도 올해 중으로 수소충전소 운영이 개시될 예정이어서 지난 2020년부터 보급이 시작된 수소시내버스의 전국 확산의 원년이 될 것으로 기대하고 있다.

특히 올해 수소버스에 대한 정부 보조금이 신설된 점이 주목된다. 산업통상자원부는 올해 수소연료전지시스템 구매지원 시범사업에 총 280억 원의 국고를 투입해 수소버스 400대를 지원할 예정이다.

이 사업은 수소버스 보급 의지가 높고 수소충전소 등 인프라가 성숙한 지자체를 선정해 정부와 수소업계가 인센티브를 중점 지원함으로써 수소버스 대량보급을 촉진하는 사업이다.

수소버스는 전기버스 대비 높은 가격, 충전인프라 부족, 짧은 보증기간 등으로 보급이 부진하고, 저가 외국산 전기버스의 시장점유율이 높아지고 있어 자동차 산업경쟁력 확보를 위해서도 핵심부품 국산화율이 99%에 달하는 수소버스 보급 확대가 필요하다는 판단에서다.

이에 따라 정부는 수소버스의 엔진 역할을 담당하는 수소연료전지시스템 교체비용을 지원하기로 하고, 올해 수소버스의 보증기간을 전기버스와 동등한 수준으로 연장(기존 5년 50만km → 개선 9년 90만km)하는 시범사업을 추진하게 됐다.

올해 시범사업에 참여하고자 하는 지자체는 수소버스를 최소 40대 이상 구매해야 한다.

산업부는 지난 2월 14일 지자체 대상 설명회를 개최하고, 2월 17일 공모를 시작해 3월 16일까지 신청 접수를 완료했다. 이후 선정평가를 거쳐 시범사업 대상을 확정한 후 수소버스를 보급할 예정이다.

시범사업 대상은 버스 1대당 수소버스 보증기간 연장을 위한 연료전지시스템 보조금 1억1,000만 원(국비 7,000만 원, 지방비 4,000만 원)을 지원받게 된다.

수소업계는 차량 무상점검 서비스, 지자체 부담금 또는 운수사 유지비 지원, 수소 공급 요금할인 등 다양한 인센티브를 제공한다.

이번에 연료전지시스템 보조금을 지원받는 수소버스 400대의 수소 소비량은 수소승용차(넥쏘) 약 2만 대와 같아 수소생산·유통 등 수소생태계 전반을 확장하고 규모의 경제를 실현하는 데 기여할 것으로 예상된다.

▲  창원시에서 시범 운행한 수소청소트럭.

또 통근·셔틀버스(광역버스) 및 경찰버스의 단계적 수소버스 전환을 추진할 계획이다. 경찰버스의 경우 2022년 말부터 내용연수(8년)가 도래하는 차량(2025년까지 565대 예상)부터 지역별 충전소와 연계해 수소버스로 교체할 예정이다.

올해 상반기 중에 광역버스가 정식으로 출시되어 인천, 충청북도, 경상북도 등 수요가 있는 지자체 중심으로 보급될 예정이다.

민간기업 중 포스코건설이 광역 수소버스 도입을 선도하고 있다. 지난 2월부터 고상형 수소전기버스 1호차를 직원 통근에 활용하고 있는 포스코건설은 연말까지 통근용 수소버스를 20대로 늘릴 계획이다.

환경부는 SK하이닉스(이천·청주), 서울공항 리무진 등을 광역 수소버스로 전환하기 위한 업무협약을 준비 중이다.

수소화물차(트럭) 보급 확대에도 본격적으로 나선다. 환경부는 올해 수소화물차 보급목표를 100대로 정했다.

환경부는 지난 3월 3일 대한상공회의소에서 주요 공공기관 및 지자체, 기업 및 협회 등과 함께 ‘수소화물차 수요 발굴 간담회’를 개최했다. 수소화물차가 보급 초기 단계임을 고려해 정부 주도로 적극적인 수요 발굴에 나선다는 의지를 보인 것이다.

▲ 쿠팡 등 주요 물류사는 물류 운반용으로 11톤급 수소 화물차 시범사업을 진행했다.

지난 2021년 주요 물류사가 총 5대의 11톤급 수소화물차를 1년간 운행해 성능을 점검하는 ‘수소화물차 시범사업’이 진행된 바 있다. 이를 계기로 환경부는 수소화물차 국비 보조금 단가를 2021년 2억 원에서 2022년 2억5,000만 원으로 상향해 수소화물차를 동일 톤급의 경유화물차(1억6,000만 원~2억1,000만 원) 수준으로 구입할 수 있도록 지원하고 있다. 국비 보조금과 지자체 보조금을 합하면 1대당 최대 4억5,000만 원을 지원하는 셈이다.

또 국토교통부는 수소버스(3,500원/kg)에 이어 수소화물차에 대해서도 1kg당 4,100원의 연료보조금을 지급하고 있다.

수소화물차는 경기, 대전 등 주요 물류기지가 있는 지자체와 주요 물류사를 중심으로 보급될 예정이다.

환경부는 정해진 노선·구간을 운행하는 물류·택배·유통사 화물차량과 지자체 직영 청소차를 최우선으로 수소트럭을 보급할 수 있도록 협의 중이다.  

환경부는 지난 3월 14일 ‘수소상용차 보급 지원단’을 출범했다. 차종별 이해관계자와 정례적인 소통창구를 마련하고, 수소상용차 보급 과정에서 발생하는 어려운 점을 실시간으로 대응하기 위해서다.

지자체 중 인천광역시와 민간기업 중 SK E&S의 액화수소 수요창출 노력이 돋보인다. SK E&S가 인천에 건설 중인 액화수소 플랜트는 올해 준공 예정인 3곳의 액화플랜트 중 규모가 가장 커 수요창출이 가장 절박한 상황이다.  

SK E&S는 지난 2월 22일 인천시 연수구 송도컨벤시아에서 환경부, 국토교통부, 인천광역시, 현대자동차와 ‘인천시 수소버스 선도도시 조성을 위한 실시협약’을 체결했다.

인천시는 올해 200대 이상, 내년까지 누적 700대의 시내버스 및 광역·전세버스를 수소버스로 전환할 계획이다. SK E&S는 액체수소를 안정적으로 생산·공급하고, 충전 인프라를 적기에 구축하기로 했다.  

SK E&S와 플러그파워의 합작법인 ‘SK플러그하이버스’는 이날 국토부, 인천시, 인천국제공항공사, 한국가스기술공사와 2024년까지 약 130억 원을 투입해 인천공항 제2여객터미널(T2) 버스차고지 내에 액체수소충전소를 설치하고, 기존 정비·세차·주차 등의 부대시설을 활용하는 ‘인천공항 수소교통 복합기지’를 구축하기 위한 업무협약을 체결했다.

▲ 박일준 산업통상자원부 2차관(오른쪽)이 지난 3월 9일 두산에너빌리티 창원공장에서 완공을 앞둔 액화수소 플랜트에 대한 설명을 듣고 있다.

앞으로 액체수소의 활용 분야가 다양해질 것으로 기대된다.

박일준 산업통상자원부 2차관은 지난 3월 9일 두산에너빌리티 창원공장을 방문해 액화수소 기업간담회를 주재한 자리에서 “액화수소 수요처를 수송용뿐 아니라 반도체, 자동차 등 산업용으로 확대될 수 있도록 규제개선 방안을 검토해 나가겠다”고 언급했다.

액화수소 유통 인프라 구축 

환경부는 수소화물차의 수요 발굴과 더불어 대형 수소상용차의 충전 편의를 개선하기 위해 올해 말까지 상용차 충전이 가능한 충전소를 68곳까지 확대할 예정이다.

특히 지난 2022년 대규모 수소상용차 전환 수요지역을 중심으로 액체수소충전소 17개소(수도권 7개, 수도권 외 10개)를 선정해 충전소 구축비용(개소당 70억 원)을 지원하고 있다. 올해는 신규로 10개소의 액체수소충전소를 지원함으로써 액체수소충전소는 총 17개소로 늘어나게 된다.

국토교통부는 화물차 휴게소, 산단·항만 등 물류 거점에 화물차 전용 대용량 수소충전소 구축사업을 추진하고 있다. 매년 2개소씩 구축한다는 계획으로, 현재 울산·인천·창원·성주 등 4곳에 화물차용 수소충전소를 구축 중이다. 이들 4곳은 기체수소 방식이지만 앞으로 신규로 구축되는 충전소는 액화방식이 주를 이룰 것으로 보인다.  

국토부는 항만·공항, 터미널 등 교통·물류 거점에 대용량 수소충전시설과 주차·편의·정비 등 부대시설을 복합적으로 구축하는 수소교통복합기지 조성사업도 추진하고 있다.

현재 평택·안산·춘천·통영·인천 등 5곳에 수소교통복합기지를 구축 중이다. 인천의 경우 인천공항 제2여객터미널(T2) 버스차고지 내에 구축 중인데, SK플러그하이버스가 액체수소충전소를 설치할 예정이다.

정부는 ‘제5차 수소경제위원회’를 통해 액체수소충전소(누적)를 2025년 40개소, 2030년 70개소로 확대한다는 목표를 제시했다.  

▲ 박일준 산업통상자원부 2차관은 지난 3월 9일 두산에너빌리티 창원공장을 방문해 액화수소 기업간담회를 주재했다.

액화플랜트 설비 및 액체충전소 관련 규제개선도 시급하다. 정부는 액체수소충전소 이격거리 합리화, 수소 활용 산업군 액화 시설 안전기준 마련 등 규제개선을 통해 기업들의 애로사항을 해소할 계획이다.

박일준 산업부 2차관은 “액화수소 기자재·부품 등이 현행법상 규제대상(고압가스안전관리법상 검사 의무화 대상)이나 아직 안전기준이 없어 규제샌드박스를 통한 실증이 진행 중”이라며 “기업들과 긴밀히 협의해 조속히 안전기준을 마련하겠다”고 밝혔다.

액화수소 기술 국산화 개발 시급

올해 3곳에 준공예정인 액화수소플랜트는 모두 린데, 에어리퀴드 등 해외 기업의 기술에 의존하고 있다.

향후 액화수소 수요가 확대될 경우 국내에 추가로 액화수소 플랜트가 구축될 가능성이 있다. 세계적으로 수소경제가 활성화되면 액화수소 플랜트 건설 수요가 급증할 것으로 보인다. 한국형 액화수소 플랜트 핵심기술을 확보해 액화플랜트 구축비용을 낮추고, 해외로도 진출해야 하는 이유다.

수소충전소 구축 초기에 외산 기술에 의존했지만 기술개발과 실증을 통해 국산화율을 높여 충전소 구축비용도 낮아지는 추세다.

이처럼 액화수소 기술의 국산화 개발도 시급하다. 이를 위해 정부는 R&D 과제를 지원하고 있다.  

한국기계연구원(주관) 등 총 18개 기관이 참여한 ‘상용급 액체수소 플랜트 연구단’은 지난 2019년부터 2023년까지 국토교통부와 국토교통과학기술진흥원이 지원하는 ‘상용급 액체수소플랜트 핵심기술개발사업’을 진행 중이다.  

연구단은 액체수소 생산의 경제성을 제고하기 위해 LNG의 기화열을 활용한 수소액화공정 설계기술을 확보하고, 올해 안으로 일일 처리용량 0.5톤의 수소액화 실증 플랜트를 구축해 액체수소 생산에 착수할 예정이다.

아울러 극저온 팽창기·열교환기·밸브, 수소액화용 콜드박스 등 액체수소 생산 관련 핵심 장비를 국산화하고 대용량 액체수소 저장탱크도 개발 중이다.  

정부는 ‘제5차 수소경제위원회’에서 ‘수소기술 미래전략’을 통해 국산 액화플랜트 규모를 현재의 하루 0.5톤급에서 2030년까지 10배로 늘려 해외 진출을 시도한다는 계획을 밝혔다.  

또 액체수소 운반과 관련해 극저온(-253℃)의 액체수소 탱크트레일러 상용화 및 안전밸브, 차단밸브, 배관 등 관련 부품의 국산화를 추진할 계획이다. 현재 액체수소 운송을 위한 3,000kg 용량 탱크 트레일러 개발 및 실증(2022~2024년)이 진행 중이다.

아울러 육상용 액체수소 충전과 관련해 대용량 차량에 수소를 고속 충전하기 위한 탱크, 고압펌프, 고압 기화기 등의 핵심 기자재를 개발한다. 2030년 200kg/h 액체수소 고압펌프 기반 수소충전소 상용화를 위해 현재 액체수소충전소용 100kg/h, 90MPa급 극저온 왕복동 펌프 개발 과제(2020~2024년)가 진행 중이다.

수소 추진 선박에 액체수소를 충전하는 해상 충전소도 2040년 3만㎥급으로 상용화한다는 계획이다.

지난 2022년 강원 액화수소산업 규제자유특구에서 ‘액체수소 생산 및 고정식 충전소 제작 실증’이 착수됐다. 액체수소를 하루 200kg가량 생산하는 시설을 구축하고 기존 기체수소 충전소에 액체수소 저장탱크를 도입해 도심형 수소충전소를 구축하는 사업이다. 국내 기술로 액체수소 생산시설과 충전소를 실증하는 것은 이번이 처음이다.

이와 함께 이동식 액체수소충전소, 액화수소 선박, 산불감시용 드론 비행 실증도 연내 착수할 예정이다.

한편 정부는 액화 부품의 검사·인증기반 구축을 통한 기업지원을 강화하기 위해 액화수소 검사지원센터(2022~2025년, 충북 음성)와 액화수소 신뢰성평가센터(2023~2025년, 강원 삼척)를 구축 중이다.   

박일준 산업부 2차관은 “올해 3개 액화플랜트 준공을 통해 우리나라는 세계 최대 규모의 액화수소 생산설비를 갖추게 되어 우리 기업들이 액화 플랜트·기자재·충전소 등의 기술 역량 내재화를 통해 액화수소 분야 세계시장을 선도하는 계기가 마련될 것”이라며 “정부도 기술개발 지원 및 법·제도 개선, 인프라 조성 등을 통해 이를 적극 뒷받침하겠다”고 밝혔다.

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