1. 개황
최근 국내외적으로 수소경제가 탄소경제를 대체하는 새로운 에너지 패러다임 전환을 추동하는 동시에 우리나라 혁신성장의 핵심 분야로 주목받고 있다. 특히, 국내 수소경제는 수소차, 연료전지 등 수소 활용 분야에서 최고 수준의 기술력을 확보하고 있으며, 이에 수소를 충분히 공급할 수 있는 대규모 화학 산업 기반과 함께 전국 단위의 수소 유통을 지원할 발달된 LNG 공급망을 보유하고 있는 등 충분한 잠재력을 지니고 있다고 평가되고 있다. 다만, 수소의 수요 및 공급 인프라 부족, 원천기술 미비 등으로 국내에는 아직 자생력 있는 수소시장 자체를 형성하기 위한 정부지원이 절실한 상황이었다. 이에 2018년 6월 ‘혁신성장 관계 장관회의’를 통해 정부는 국내 수소경제 지원 의지를 천명한 바 있으며, 이를 구체화해 ‘수소경제 활성화 로드맵’ 수립을 지난 1월 발표했다.
본고에서는 지난 1월 발표된 정부의 수소경제 활성화 로드맵의 주요내용을 살펴보고 특히, 에너지 정책적 측면에서 보다 중요한 의미를 지니는 수소생산 및 공급 전략의 향후 과제를 살펴보고자 한다.
2. 수소경제 활성화 로드맵 주요내용
정부의 수소경제 활성화 로드맵은 수소경제 활성화를 위한 국가 비전으로서 먼저 ‘수소차 및 연료전지 세계시장 점유율 1위 달성’을 목표로 수소전기차와 발전용·자가용 수소연료전지 등 수소 활용 산업에서의 시장창출과 육성에 우선적인 중점을 두고 있다.
물론, 수소를 활용하는 제품은 수소차나(발전용, 자가용) 연료전지 외에도 선박, 열차, 드론 등으로 광범위하며 기술 성숙도 측면에서도 이미 상용화가 된 상황이다. 일정부분 정부의 지원노력이 있을 경우 바로 시장창출이 가시적으로 가능한 세 가지 부문을 중심으로 우선 육성하고, 기술개발 지원을 통해 기술적 성숙도를 높이는 한편, 추후 충분히 성숙할 경우 선박, 열차, 드론 등 기타 활용산업으로 지원범위를 확대한다는 것이 수소경제 활성화 로드맵의 핵심이다.
먼저, 수소전기차의 시장창출을 위해 수소전기차 양산체계 구축 및 보급 확대, 수소 택시·버스 등 대중교통 전환, 공공부문 수소 트럭 활용 등이 구체적인 방안으로 시행되어 내수 및 수출물량 포함 2018년 약 1,800 대인 수소전기차 시장의 누적규모를 2022년 8만 1,000대, 2040년에는 620만대 이상으로 확대시킬 계획이다.
물론, 수소차는 차량만으로 운행이 불가능하며 충전용 수소를 공급할 수 있는 인프라 특히, 수소충전소가 함께 확대 구축되어야 하기에 2018년 14개소에 불과한 충전소도 2022년 310개소, 2040 년에는 1,200개소까지 확대할 예정이다.
이와 함께 수소 연료전지의 시장창출을 위해 발전용 연료전지 설치규모를 현재 307.6MW에서 2022년 1.5GW 수준으로 확대해 대량생산을 통해 설치비와 발전단가를 2025년경에는 중소형 가스터빈 수준까지 인하함으로써 2040년 수출 및 내수물량을 합산해 15GW 이상으로 확대할 계획이다. 또한, 자가용 연료전지도 현재 7MW 정도의 보급규모를 2022년 50MW, 2040년에는 2.1GW 이상으로 확대할 예정이다.
정부의 의도대로 수소 활용산업이 확대될 경우, 수소 자체에 대한 수요가 확대되며 자연스럽게 에너지 부문을 중심으로 수소시장의 규모도 커지게 될 것으로 전망된다. 현재 수소차와 연료전지 등 수소 활용 산업에서 창출되는 수소 수요는 연간 13만 톤 정도지만 로드맵대로 수소 활용 산업이 성장할 경우, 2022년에는 연간 47만 톤, 2030년에는 194만톤, 2040 년에는 526만 톤까지 확대될 것으로 예상된다.
수소수요가 충분하지 않은 초기에는 천연가스 추출 수소를 핵심 공급원으로 삼아 LNG 공급망과 수요처 인근 등에 규모별 수소 생산기지를 구축해 나갈 예정이다. 하지만 추가적으로 제한적인 친환경 수소 생산여력을 감안해 2030년부터는 해외 재생에너지와 갈탄 등을 활용해 생산된 친환경 수소를 수입, 부족분을 보충함으로써 2040 년에는 전체 수소 수요량의 70%를 이산화탄소가 발생하지 않는 친환경 수소로 공급할 계획이다. 이를 통해 ‘화석연료 자원 비국에서 그린 수소 산유국으로 진입’이라는 추가적인 비전 달성을 이룬다는 것이 이번 수소경제 활성화 로드맵의 주요 골자라 할 수 있다.
3. 수소 생산과 공급전략상의 향후과제
정부의 수소경제 활성화 로드맵은 앞서 언급한 바와 같이 우선적으로 수소전기차와 발전용·자가용 수소 연료전지 등 수소 활용 산업에서의 시장창출과 육성이 중심이라는 점에 서 에너지 정책적 측면보다 현 정부의 혁신성장 정책 일환인 일종의 첨단산업 육성정책에 무게 중심이 있다고 평가된다.
에너지 정책 측면에서는 수소가 에너지가 아닌 ‘에너지 운반체(Energy Carrier)’라는 점을 주목할 필요가 있다. 에너지는 크게 1차 에너지와 최종에너지로 분류할 수 있으며 이때 1차 에너지는 자연계에서 경제계로 투입된 자연 상태의 가공 또는 전환되지 않은 에너지(원)를, 최종에너지는 직접 소비 가능한 형태로 가공 또는 전환된 에너지를 의미한다.
수소는 비록 우주물질의 75%를 차지할 정도로 풍부하지만 질량이 가벼워 지구상에는 물이나 탄화수소 등 상대적으로 무거운 산소나 탄소 등과의 화합물 형태로만 존재한다.
이로 인해 수소를 생산하기 위해서는 화합물에서 수소만을 분리해야 하며 이때 다른 에너지(예: 천연가스, 태양광 등)를 원료내지 연료로써 투입해 가공 또는 전환해 생산하는 관계로 자연 상태의 1차 에너지로 볼 수 없다. 또한, 수소경제 활성화 로드맵이 설정한 바와 같이, 주로 수소를 공기 중 산소와 단순한 화학반응을 통해 전기와 열 즉, 최종에너지를 생산하는 수단으로 간주하게 되면 그 자체가 최종에너지로 보기 어려워진다.
결국, 수소는 그 자체가 에너지(원)라기 보다는 수소를 생산하기 위해 투입된 다른 에너지를 전기나 열 등 최종에너지로 전달하는 에너지 전환 과정의 에너지 전달 매개체로써 실상은 구리전선, 배터리 등과 유사한 기능을 한다고 보는 것이 타당하다.
‘수소’를 최종에너지로 전환하는 장치인 ‘연료전지’ 자체의 산업적 육성보다는 연료전지 산업의 성장으로 인해 연료전지에 향후 투입 될 수소가 어떠한 방식으로 얼마나 생산·공급되느냐가 적어도 에너지 정책 측면에서는 상대적으로 보다 큰 의미를 지닐 수 있다.
2018년 기준 수소생산 방식별 생산비용은 부생수소가 수소 1kg당 2,000원 미만으로 가장 저렴하며, 천연가스 추출 방식이 2,700~5,100원 수준, 수전해 방식은 최소 9,000원 이상 1만원 수준으로서 이 경우 가장 우선적으로는 부생수소가 공급될 것으로 쉽게 예측할 수 있다.
2017년 기준으로 국내 수소 생산능력은 연간 192만 톤 정도이지만 실제 수소 생산량은 약 164만 톤 정도로써 정유공장이나 석유화학업체 등의 자체 소비량 141만 톤을 제외하면 외부에 유통되어 산업용 원료로 활용되고 있는 수소물량은 대략 23만 톤 정도이다.
현재 국내 수소 생산능력을 활용해 단기적으로 수소전기차나 발전용·자가용 연료전지용 수소 수요 확대에 대응할 경우 국내 수소 생산시설의 가동률 특히, 국내 수소 생산업체들이 제조수소(천연가스나 나프타를 통한 수소 추출, 수전해 등) 설비 가동률을 약 5% 정도만 상승시켜도 추가적인 생산설비 투자 없이 연간 약 5.4만 톤 정도는 충당이 가능할 것으로 전망된다.
그러나 부생수소 등 현재 국내 수소 생산능력은 이미 수요처가 정해져 있어 해당 분야 산업 활동 수준에 의존적이며, 부생수소는 다른 공정의 부산물로써 연료전지용 수소 수요가 확대되더라도 이를 충족시키기 위해 생산규모를 확대하는 데는 한계가 따른다. 그 만큼 추가적인 수소 생산 확대수단이 필요할 수밖에 없다.
이로 인해 수소경제 활성화 로드맵은 우선적으로 부생수소를 일부 활용하지만 대규모 공급원으로써 천연가스(메탄) 추출방식으로 수소를 생산 및 공급하는 방안이 채택되어 있다.
우선 전국 4개 인수기지(인천, 평택, 삼척, 통영)에서 공급받은 천연가스를 적정 압력으로 조정하는 한국가스공사의 정압관리소(142개소) 등에 중대형(300 ~ 1,000 N㎥/h)급 이상 수소추출기를 설치, 거점형 중·대규모 수소생산기지로 활용할 획이다. 또한, 수요처 인근 도심지에 LPG 및 CNG 충전소 는 CNG 버스 차고지 등에 중형급( 300 N㎥/h) 수소추출기를 설치, 분산형 소규모 수소생산기지로 운영할 예정이다.
천연가스 추출방식의 수소생산 확대를 위해서는 이산화탄소 배출문제가 풀어야할 숙제로 남게 된다. 이에 천연가스 추출방식의 수소 대량생산 및 공급방식은 수소전기차 및 연료전지 산업 육성의 초기단계에서 한시적으로 활용되는 것이 바람직하다.
이를 고려해 수소경제 활성화 로드맵은 2030년까지 천연가스 추출방식의 공급비중을 전체 수소 필요량 대비 50% 수준으로 줄이며, 2040년까지 30% 수준으로 축소하도록 계획되어 있다. 또한, 이산화탄소 배출이 없는 수소 생산방식의 공급비중을 확대해 전체 수소 필요량의 약 50%, 2040년 까지는 70% 수준으로 도달시킨다는 계획이다.
이 같은 수소경제 활성화 로드맵의 수소 생산 및 공급전략을 실제 실행하면 다음과 같은 추가적인 향후과제가 남아있을 것으로 평가된다.
첫째, 연료전지 기반 수소활용 산업인 수소전기차 및 발전용·자가용 연료전지 각 부문별 수소 조달계획이 부재하다. 수송용 연료로서의 충전용 수소와 발전용 연료로서의 수소는 조달하는 방식이 다를 수 있으며, 이에 따라 조달받을 수소의 생산방식의 믹스(포트폴리오)도 차이가 있을 수 있다.
하지만 현재 수소경제 활성화 로드맵에는 부문별 특성을 반영한 조달계획 특히, 수소 생산방식의 믹스(포트폴리오)에 대한 목표나 계획이 포함되어 있지 않다.
이러한 문제는 발전용 연료전지로 인해 향후 계획 실행에 장애가 될 수 있다. 2018 년 기준 산업용 원료 수요를 제외하고 순수하게 연료전지 기반 수소 활용산업에서 창출되는 수소 수요는 연간 13만 톤이지만 이 중 97%가 발전용 연료전지에서 소요된다.
물론, 다른 부문의 성장으로 발전용 연료전지에서 소요되는 수소의 비중이 2022년 89%, 2030년 65%, 2040년에는 63%까지 축소될 것이다. 그러나 여전히 전체 연료전지 기반수소 활용산업에서 창출될 상당량의 수소 발전용 연료전지를 통해 창출될 것으로 예상된다.
발전용 연료전지에 대한 수소 조달계획이 어떻게 설정되느냐에 따라 전체 수소 생산 및 공급계획, 수소 생산방식의 믹스(포트폴리오)가 결정될 밖에 없다. 결국 연료전지 기반수소활용 산업의 각 부문별 수소 조달계획과 수소 생산방식의 믹스(포트폴리오) 목표를 설정하는 작업이 추가적으로 필요하다.
두 번째로는 이처럼 연료전지 기반 수소활용 산업 각 부문별 수소 조달계획의 부재와 연계되어 전체적인 수소 생산방식의 믹스(포트폴리오) 목표가 구체적으로 설정되어 있지 않다.
현재 수소경제 활성화 로드맵에는 주요 수소 생산방식을 부생수소, 추출수소, 수전해, 해외생산 등 4가지 방식으로 구분해 제시했지만,수소 수요에 대응하기 위해 각 방식별 공급비중 목표는 추출수소 비중만 2030년 50%, 2040년에는 30%로 규정했다. 나머지는 모두 그린수소로 포함시켜 2030년 50%, 2040년 70%로 설정했다. 심지어 2022년의 경우 추출수소 비중마저도 설정되어 있지 않아 2022년까지 약 5만 톤 정도의 부생수소 공급을 제외한 42만 톤의 수소가 어떤 방식으로 공급될지 현재로서는 추정하기 어렵다는 문제가 있다. 이에 덧붙여 소위 ‘그린수소’로 분류된 수전해 방식과 해외수입 간의 공급비중 배분 역시 설정되어 있지 않다.
다시 말해 2040년 경에는 70% 즉, 368만 톤 이상의 수소를 이산화탄소가 배출되지 않는 그린수소로 공급하겠다는 의지를 표명했지만, 구체적으로 어떤 그린수소를 얼마나 공급할지는 아직 목표나 계획이 분명하지 않다고 볼 수 있다. 이에 대해서도 역시 추가적인 작업이 필요하다고 사료된다.
