[월간수소경제 이종수 기자] 국내 대표적인 화학사인 롯데케미칼은 지난 2021년 2월 ESG 경영전략의 일환으로 기후위기 대응과 그린 생태계 조성, 자원선순환, 친환경 사업 추진을 내용으로 하는 ‘Green Promise 2030’을 선언한 바 있다. 그 후속으로 2021년 7월 13일 2030년 탄소중립성장 달성과 함께 국내 수소 수요(연간 390만 톤, 자가소비용 제외)의 30%를 공급하겠다는 내용이 담긴 친환경 수소 성장 로드맵 ‘Every Step for H2’를 발표했다. 

수소 로드맵에는 대규모 소비처, 대량 공급망, 친환경 기술 등 핵심역량을 기반으로 수소중심의 그린순환 생태계 조성에 기여하겠다는 각오가 담겼다. ‘청정수소 생산’, ‘수소 활용 사업’, ‘수소 사업 기술 발전’이 로드맵의 핵심 내용이다. 

2030년까지 총 6조 원을 투자해 청정수소 120만 톤(블루수소 16만 톤, 그린수소 44만 톤, 암모니아-수소 60만 톤)을 생산하고, 이의 유통・활용사업을 통해 연매출 5조 원을 달성한다는 목표다. 

수소 활용 사업은 수소발전 사업과 모빌리티 사업의 두축으로 추진한다. 2024년 울산 지역 연료전지 발전소 운영을 시작으로 수소발전사업에 진입하고, 2030년까지 복합충전소를 200개까지 확대할 계획이다.   

또 CCUS 기술을 단계적으로 적용해 탄소중립에 기여하는 동시에 암모니아 열분해 수소 및 그린수소 생산 기술을 개발해 그린수소 공급망 구축을 차질없이 진행한다는 계획이다.  

롯데케미칼은 본격적인 수소사업을 위해 ‘수소에너지사업단’을 신설하고, 황진구 기초소재사업 대표가 수소에너지사업단장을 겸임토록 했다. 황 대표는 서울대학교 화학공학과(학사・석사・박사)를 졸업한 후 호남석유화학(현 롯데케미칼) 대전연구소에 입사해 2020년 12월 롯데케미칼 기초소재사업 대표이사 부사장 자리에 올랐다. 올해 4월부터 수소에너지사업단장을 겸임하고 있다.  
 
‘청정수소’와 ‘암모니아’에 방점
“2050년 탄소중립 달성을 위한 중요한 전략은 무탄소에너지 전환입니다. 이에 따라 정부가 재생에너지 확대 기조를 유지할 것으로 보이지만 태양광, 풍력 등 재생에너지는 간헐성 문제와 함께 저장성에 있어서도 제약이 있어요. 재생에너지의 지속적인 확대와 안정적 공급을 위해서는 탄소를 함유하지 않아 친환경적이면서 에너지 생산・저장・활용에 유리한 수소와 암모니아가 미래 에너지산업에서 중추적인 역할을 할 겁니다. 이같은 배경에서 수소산업 육성 기조도 지속될 것으로 보입니다.” 

황 대표는 수소산업이 발전 수요 중심으로 성장하고, 암모니아가 중요한 역할을 할 것으로 전망했다.

황 대표는 “국내 수소 수요는 기존 산업수요 및 정부 추정 자료를 기초로 했을 때 2030년 기준으로 자가소비용까지 합하면 약 580만 톤 규모로 전망된다. 이 중 연료전지 및 암모니아 혼소 발전용으로 약 350만 톤의 수요가 형성될 것이고, 모빌리티는 상대적으로 적은 수요 규모로 인해 전체 시장 대비 10% 미만으로 전망하고 있다”고 밝혔다. 

그는 이어 “공급 측면에서 2030년 국내 수소생산(그레이・블루수소) 능력은 약 390만 톤 규모로 예상된다”라며 “2030년 국내 수소 수요에 대응하기 위해 부족한 약 200만 톤의 추가 공급 여력을 확보해야 하는데 재생에너지가 풍부한 해외 국가로부터 수소 도입에 적극적일 필요가 있다”고 말했다. 

2030년 부족분 약 200만 톤을 해외에서 암모니아 형태로 도입하는 경우 2030년 기준 암모니아는 1,100만 톤 규모로 전망된다는 설명이다. 이에 따라 운송 기술과 경제성을 감안해 암모니아 중심의 해외도입 공급망을 구축한다는 게 롯데케미칼의 전략이다.  

우선 롯데케미칼은 생산 중인 부생수소를 기반으로 2025년까지 탄소포집 기술을 활용해 블루수소 16만 톤을 생산하고, 2030년 그린수소 밸류체인을 완성함으로써 블루수소(16만 톤)와 그린수소(44만 톤)가 포함된 60만 톤 규모의 청정수소를 생산할 계획이다.  

또 2030년 국내에 암모니아 기준 1,100만 톤 도입이 예상됨에 따라 그 중 롯데케미칼이 30% 조달(350만 톤)에 기여한다는 계획이다. 이를 수소로 환산하면 60만 톤이다. 

우선 원가경쟁력이 있는 부생수소의 전국 공급망 구축이 가능하다는 게 황 대표의 말이다.  

황 대표는 “롯데그룹 관계사 기준으로 현재 8만 톤의 부생수소를 생산하고 있는데, 이 중 5만 톤을 외부에 판매 중”이라며 “연료로 사용 중인 저순도 수소의 고순도화 등 향후 증산할 수 있는 부생수소 물량을 확보하면 총 13만 톤에 이를 것으로 보여 이를 발전 사업 등으로 추가 활용할 예정”이라고 밝혔다. 

그는 “대산에서는 수소 수요가 집중될 수도권에, 울산에서는 영남지역에, 여수에서는 호남지역에 수송용 수소공급이 가능하다. 3개 생산 지역에 있는 잉여 부생수소를 활용해 경제성 있는 수소를 권역별로 공급할 계획”이라고 말했다.   

황 대표는 “그린수소 시대를 위한 수소 소비망의 선제적 구축 관점에서 중간 브릿지로서 그레이수소(부생수소)와 블루수소의 역할이 중요하다. 특히 블루수소의 성공 관건은 탄소포집・활용 기술이라고 할 수 있는데, 여수 1공장 내에서 탄소포집 파일럿 설비의 실증을 완료하고 상업화를 추진 중”이라고 밝혔다. 

포집된 탄소는 다양한 방법으로 활용할 예정이다. 특히 대산에 건설 예정인 배터리 전해질 유기용매 원료 공장에 투입해 전해질 유기용매의 생산에 활용하는 한편 추가적으로 가스전문업체와 함께 탄산화사업으로도 활용할 계획이다. 

아울러 황 대표는 “지난해 7월 수소 성장 로드맵 ‘Every Step for H2’를 발표했을 때는 2030년 청정수소 60만 톤 생산을 목표로 했는데, 이후 암모니아가 급부상해 2030년까지 혼소 발전용을 중심으로 블루・그린 암모니아 350만 톤을 도입하는 로드맵을 수립했다”라며 “암모니아 350만 톤은 수소로 환산하면 60만 톤으로, 실제 수소 공급 목표가 기존 60만 톤에서 120만 톤으로 2배 증가한 셈”이라고 설명했다.  

대량의 그린수소는 해외에서 조달한다는 게 롯데케미칼의 계획이다. 현재 동남아시아, 중동, 미주 지역의 저렴한 재생에너지 보유국의 기업들과 협업 중이다. 현지 합작공장 운영을 통한 안정적인 조달 모델(해외 현지 직접 개발 방식), 개발이 진행 중이거나 개발될 예정인 해외 수소생산 프로젝트에 대한 소규모 지분투자를 통한 제품(수소) 인수 계약, 일부 물량을 구매하는 계약 등 다양한 수소 도입 모델을 검토 중이다. 

롯데케미칼은 해외 현지 수소생산 개발 첫 프로젝트를 말레이시아에서 추진 중이다. 롯데케미칼은 지난 1월 24일 삼성엔지니어링, 포스코, 말레이시아 SEDC 에너지(Sarawak Economic Development Corporation Energy)와 청정수소 프로젝트 개발을 위한 업무협약를 체결한 바 있다.  

4사는 지난해 진행한 사전타당성조사 결과를 바탕으로 말레이시아 사라왁 지역에 연산 그린암모니아 63만 톤, 블루암모니아 60만 톤, 그린메탄올 46만 톤급 플랜트 건설을 계획하고 있다. 올 하반기까지 사업성 검토를 실시한 후 본격적으로 개발에 나설 예정이다.  

황 대표는 “사실 수소생산 프로젝트들이 제때 론칭이 될 것이냐가 관건이다. 수소의 생산뿐만 아니라 수요도 함께 받쳐주어야 한다는 의미다. 발전 공기업들의 암모니아 혼소 발전 등 국내에서 수요만 확실히 받쳐준다면 롯데케미칼 입장에서는 네트워크를 많이 확보하고 있기에 수소 조달은 큰 문제가 되지 않는다”고 자신감을 나타냈다.  

롯데그룹은 그린수소 네트워크의 핵심 요소 중 하나인 암모니아 인프라를 보유하고 있다. 롯데정밀화학은 동북아의 24%, 국내의 70% 가량의 암모니아 유통을 담당하고 있으며, 50년 이상 암모니아 생산・저장・유통・활용에 걸친 풍부한 경험을 보유하고 있다.

해외에서 수입한 그린・블루 암모니아는 혼소 발전용으로 공급함은 물론 개발 중인 암모니아 열분해 수소생산기술을 활용해 암모니아에서 수소를 추출해 연료전지 발전소와 복합 충전소에 공급한다는 계획이다.  

향후 액체수소 생산사업도 추진할 예정이다.  

황 대표는 “현재는 수소시장 초기의 낮은 수요를 감안해 기체 수소로 사업을 추진 중인데, 앞으로 수소 수요가 확대되면 대량 운송을 위한 액화 기반의 수소인프라 구축이 필요하다”라며 “향후 수소모빌리티 생태계 확장에 대응하기 위해 파트너사의 기술과 경험을 활용한 액체수소 사업도 추진해 시장 수요 성장에 따라 단계적으로 진입할 계획”이라고 밝혔다. 
 
수소발전・모빌리티 사업 추진 
롯데케미칼의 수소 활용 사업은 크게 수소발전과 모빌리티 사업으로 구분된다. 이를 위해 에어리퀴드, SK가스와 전략적 제휴관계를 맺었다.  

우선 그룹이 보유한 대규모 물류센터 및 유통 인프라를 초기 사업 정착을 위한 수소 대량 소비의 거점으로 활용할 계획이다. 수소모빌리티 사업에 있어서 자생적인 경쟁력을 확보하기 위해 높은 가동율이 담보되는 거점 중심의 인프라 구축 전략이 필요하다는 것이다. 이런 점에서 롯데그룹의 물류인프라는 타그룹과 차별화된 역량을 갖추고 있다는 것이 황 대표의 설명이다.   

황 대표는 “암모니아는 혼소 발전용으로 용도가 명확하고 향후 발전사들에 암모니아를 안정적으로 공급하면 되지만 수소만 놓고 보면 모빌리티 쪽은 수소 사용량이 많지 않고, 인프라 구축이 수반되어야 한다”라며 “수소모빌리티 사업을 위해서는 그룹 역량은 물론 중앙정부와 지자체, 자동차 회사 등과의 협력이 필요하고 버스회사, 롯데그룹 계열사 등과 지속 협의 중”이라고 밝혔다.

롯데케미칼은 수소충전소 사업도 추진한다. 2025년까지 기체・액체수소충전소 50개를 구축하고, 2030년에는 복합충전소를 200개까지 확대할 계획이다. 수소충전소 사업은 LPG충전소 사업 경험이 풍부한 SK가스와 수소충전소 사업 경험이 풍부한 에어리퀴드와 합작해 추진할 예정이다.  

황 대표는 “수소충전소 사업은 생산된 수소를 도매 유통하는 수소출하 사업과 고객 차량에 충전하는 소매업인 수소충전소 사업으로 나눌 수 있다. 경쟁력 있는 수소충전소 사업을 위해 에어리퀴드와 합작사업으로 대산과 울산에 수소출하센터를 건설할 계획”이라며 “여기서 출하되는 수소는 고압으로 충진된 저장용기로 운송되어 서울・경기와 영남지역의 수소충전소에 경쟁력 있는 가격으로 공급되어 수소충전소 확대에 도움이 될 것”이라고 설명했다.  

우선 수소충전소 구축・운영 노하우를 확보하기 위해 환경부가 지원하는 ‘2022년 수소충전소 민간자본보조사업’ 공모에 선정되어 대산석유화학단지 내에 총사업비 90억 원을 투입해 하루 1톤 규모의 기체 수소충전소를 건설 중이다. 

황 대표는 “대산석유화학단지 내에 건설 중인 수소충전소는 기존 튜브트레일러를 이용하는  방식이 아니라 롯데케미칼 대산 공장에서 생산되는 수소를 배관으로 직접 연결하는 방식으로 투자비와 변동비를 최소화해 경제성을 확보할 것”이라며 “이번 충전소 건설・운영 경험을 바탕으로 정부 사업에 적극 참여해 수소충전소를 확대할 계획”이라고 밝혔다. 

황 대표는 “롯데그룹의 유통센터망과 SK가스의 LPG 충전소망을 중심으로 2023년부터 수소충전소 구축을 시작할 계획”이라며 “수소상용차 생산스케줄과 정부 지원책에 따른 수소상용차 확대 추이를 주시하며 2025년까지 50여개의 기체・액체수소충전소 건설을 계획하고 있다”고 덧붙였다. 

아직 액체수소의 수요가 거의 없기에 기체 수소충전소의 건설・운영 노하우를 쌓고 향후 증가하는 수소차 수요에 대응해 점진적으로 액체수소충전소를 늘려 나간다는 방침이다. 

한편 롯데케미칼은 수소 저장용 고압탱크 개발을 통해 2025년 10만 개의 수소탱크를 양산하고, 2030년에는 50만 개로 확대 생산해 수소 승용차 및 상용차에 적용할 계획이다. 

황 대표는 “지난 2017년부터 탄소섬유 토우프레그를 이용한 건식 와인딩 공법을 통해 수소탱크를 개발해왔으며, 현재 50L급 수소탱크의 국제인증을 추진 중”이라며 “또 인천에 연간 1,600개의 수소저장탱크를 생산할 수 있는 양산 파일럿 설비를 구축 중으로, 올해 안으로 완공할 예정이다. 수소전기차(승용・상용차) 외에도 산업용・건설용 기계 등의 기타 모빌리티에도 적용하는 것을 준비하고 있다”고 말했다.

정부 과제를 통해 운송용(수소 튜브트레일러) 대용량 고압수소용기(1,700L) 개발도 추진 중으로 올해 말 과제를 완료할 예정이다. 

수소발전 사업은 연료전지와 수소터빈발전기로 구분된다. 

우선 2024년 운영 시작을 목표로 총 60MW 규모의 울산 연료전지 발전사업을 추진하고 있다. 사업성 검토를 완료하고 올 하반기에 SK가스, 에어리퀴드와 합작사를 설립할 예정이다. 울산에 2기의 연료전지 발전소(40MW, 20MW)를 구축해 건설・운영 노하우를 축적하고, 향후 이 사업의 경험을 바탕으로 전국적으로 확대해 나갈 계획이다.  

울산 연료전지 발전사업의 전반적인 일정은 청정수소인증제와 청정수소발전의무화제도(CHPS)를 도입하는 내용의 수소법 개정안의 국회 본회의 통과 및 법령공포와 CHPS의 세부 시행령에 따라 다소 유동적이기는 하지만 CHPS 입찰 일정에 맞추도록 수립되어 진행 중이다.

황 대표는 “수소법 개정안이 통과되면 CHPS 제도가 생기는데 울산 연료전지 발전사업은 우선 부생수소로만 시작할 것이다. 수소법 개정안에 대한 유권해석에서 과도기적으로 부생수소만으로도 연료전지 발전사업이 가능하고, 나중에 청정수소인증제가 생기면 유예기간을 두어 부생수소 사용을 금지할 것으로 보인다”라며 “그 전까지는 부생수소를 사용하고 향후 부생수소에 CCUS 기술을 적용한 블루수소를 생산해 연료전지 발전사업에 활용할 계획이다. 울산 공장 내 연료전지 발전소 구축을 위한 부지 조성 준비에 착수했다. 수소법 개정안이 최종 통과되면 합작사 설립 등 본격적으로 사업을 추진할 것”이라고 설명했다. 

롯데케미칼은 그룹의 사업장 내에도 연료전지를 설치해 총사용 전력의 40% 이상을 저탄소 전력으로 대체해 ESG 달성을 추진한다는 계획이다.  

오는 2025년에는 수소터빈발전기도 도입할 계획이다. 

황 대표는 “국내에서는 80MW급 수소혼소터빈 실증이 추진되고 있고, 해외는 2025년경 270MW・380MW급 수소 50% 혼소 가스터빈의 실증이 시작될 것으로 보인다”라며 “이러한 기술개발 상황을 예의주시하고 있고, 수소 전소・혼소 터빈을 국내 사업 및 당사 사업장에 적용하기 위한 준비를 하고 있다”고 말했다. 

그는 이어 “지금까지는 기술 상황만 모니터링을 해왔는데 국회 소위를 통과한 수소법 개정안에 수소터빈도 포함되어 적극 검토할 방침이다. 수소터빈도 CHPS에 포함됐기에 연료전지보다 충분히 경쟁력이 있다고 판단하고 있다. 국내 실증을 시작으로 단계적 적용을 검토 중”이라고 덧붙였다.    

수소생산 핵심 기술 확보
롯데케미칼은 블루・그린수소 생산에 필요한 핵심 기술을 확보해나갈 계획이다. 

먼저 탄소포집(CC) 기술은 습식・건식・분리막 방식 등 여러가지가 있는데, 모든 가능성을 열어두고 시기와 상황에 적합한 기술을 도입할 계획이다. 탄소포집・활용(CCU) 기술로는 CO2를 직접 유용한 화학물질로 전환시킬 수 있는 기술을 확보할 계획이다.

황 대표는 “이미 여수 1공장 내에서 분리막을 활용하는 CO2 포집 실증을 완료하고, 규모를 확대해 나갈 계획”이라며 “CCU와 관련해서는 현재 CO2를 별도의 에너지원 없이  광물화시키는 탄산수소나트륨 생산기술에 대한 파일럿 실증을 진행 중”이라고 설명했다.  

액체수소 생산사업은 합작파트너사인 에어리퀴드, SK가스와 함께 추진한다. 에어리퀴드는 액화분야 선진기술 보유사로서 다양한 지역에서 검증된 액화기술을 적용하고 있으며, SK가스와는 향후 LNG터미널의 냉열을 활용한 경쟁력 있는 액체수소 생산이 가능하다.

수전해 기술은 단기적으로는 해외 기술을 도입하는 것을 계획하고 있다. 중장기적으로는 고체전해질 수전해(SOEC) 기술이나 음이온교환막 수전해(AEMWE) 기술과 같은 차세대 수전해 기술에 대한 검토와 연구개발을 진행하고 있다.  

황 대표는 “수전해 기술은 다양한 요소기술의 집합체이기 때문에 각각의 기술 역량을 보유하고 있는 기업들과도 컨소시엄이나 업무협약을 추진하는 것을 검토 중”이라고 밝혔다.

암모니아 열분해 수소생산 기술은 롯데케미칼의 암모니아-수소 사업 밸류체인을 완성하는 핵심 기술에 든다.

현재 정부과제에 참여해 국산화 기술 확보를 진행하고 있다. 2025년에 준상업공정 기술을 확보한다는 계획이다. 롯데케미칼이 보유한 촉매 기술을 활용해 국산화 기술을 확보할 계획이다. 

롯데케미칼, 롯데정밀화학, 삼성엔지니어링, 한국에너지기술연구원, 한국화학연구원, 한국가스안전공사 가스안전연구원, 미래기준연구소, 충남대, 국민대 총 9개 기관・기업으로 구성된 롯데케미칼 컨소시엄은 지난해 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원이 공모한 ‘암모니아 기반 청정수소 생산 파일럿 플랜트 실증화’ 사업에 선정된 바 있다. 

2025년까지 암모니아를 기반으로 연간 800톤의 수소를 생산하는 실증 플랜트를 롯데정밀화학 울산 공장에 건설하고, 상용화 수준인 연간 1만6,000톤급 수소생산 플랜트 설계 패키지를 개발하게 된다. 

이외에도 해외 기술 도입도 동시에 검토 중이다. 해외에는 암모니아 분해기술과 유사한 메탄개질 기술 보유 기업들이 다수 있고, 최근 암모니아 크래킹 기술 개발도 활발하다. 
 
청정수소 제도 세부 수립 시급
“다행히 1년 이상 계류 중이던 수소법 개정안이 지난 5월 29일 국회 본회의를 통과했습니다. 그러나 개정법률이 공포되어도 청정수소인증제 및 청정수소발전의무화제도에 대한 세부 내용이 확정되지 않으면 투자하는 회사의 입장에서는 많은 리스크를 안게 되므로 세부 내용의 조속한 확정 발표가 절실합니다. 세부 내용 수립 시 국내 기업이 수소사업을 적극적으로 추진할 수 있도록 규제와 혜택이 적절하게 수립되길 희망합니다. 그래야 롯데케미칼을 포함한 많은 기업들의 과감한 투자를 이끌어내 수소선진국으로 발돋움하는 데 큰 기여를 할 수 있을 것으로 생각합니다.”

황 대표가 국회와 정부에 바라는 점이다. 

그는 “다만 부생수소가 초기 수소생태계를 조성하고, 향후 그린수소 인프라를 구축하는 데 큰 역할이 예상되므로 이를 과소평가하지 말고 업계에서 충분히 부생수소를 활용할 수 있도록 정책적인 고려를 해줄 것을 바란다”고 말했다.   

황 대표는 “수소경제는 이제 걸음마를 뗀 아기와 같다”라며 “앞으로 무탈하게 잘 성장할 수 있도록 정부에서 신속한 제도 도입과 정착화를 위해 노력해준다면 롯데케미칼을 비롯해 수소사업을 준비하고 있는 많은 기업들의 사업투자 진행에 가속도가 붙을 수 있을 것”이라고 밝혔다.