탄소중립과 수소경제에 대하여...
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탄소중립과 수소경제에 대하여...
수소융합얼라이언스 대외협력센터 권낙현 센터장
오늘날 세계는 심각한 기후위기, 환경오염. 에너지 자원 고갈이라는 인류 생존의 문제에 직면해 있다. 인류는 산업혁명 이후 탄소경제 속에서 고속성장을 이뤘지만, 그로 인해 환경오염이 심각해지는 아이러니한 상황을 맞았다. 현재 전 세계 화석연료 에너지 의존도는 약 85% 수준이다. 따라서, 국제사회는 해를 거듭할수록 탈탄소 사회로의 변화 속도를 가속화 하고 있다. 인류의 생존과 지속 성장을 위해서는 깨끗하고 무한한 에너지원으로의 전환이 필수적이기 때문이다. 이를 위해 주요국들은 앞 다투어 탄소 중립을 선언하며, 온실가스 감축 목표에 맞는 대책을 마련하고 있다. 이의 대안으로 재생에너지와 더불어 수소가 주목받고 있다.
전 세계는 20여 년 전부터 지구온난화로 인한 기후변화로 다양한 사회적 문제들이 야기되면서 온실가스 감축에 대한 세계적인 공감대가 형성되었다. 교토 의정서(Kyoto Protocol, ’97년)와 같은 초기의 범국가적 활동을 거치고, 시행착오를 겪은 후 체결된 파리협정(Paris Agreement, ’15년)은 보다 구체적인 감축 목표를 제시하고, 더 많은 국가의 참여를 이끌어 내었다. 해당 협정에서 200여 개국은 지구 평균온도 상승 폭을 산업화 이전 대비 2℃ 이하로 유지하고, 더 나아가 온도 상승 폭을 1.5℃ 이하로 제한하기 위해 스스로 기준을 정해 실천 중이며, 최근 글로벌 주요국들은 탄소중립을 선언하고 있다.
유럽의 스웨덴(2017), 영국, 프랑스, 덴마크, 뉴질랜드(2019), 헝가리(2020) 등 6개국이 ‘탄소중립’을 이미 법제화 하였으며, 미국도 파리협정에 재가입하고 2050년까지 탄소중립을 선언하였다. 유럽연합(EU)은 ‘그린딜’(2019.12)을 통해 2050년 탄소중립 목표를 발표했으며, 중국은 작년 9월 유엔총회에서 시진핑 주석이 2060년 이전까지 탄소중립 달성하겠다고 선언 하였으며, 일본도 작년 10월, 스가 총리가 의회 연설을 통해 2050 탄소중립을 선언하며 일본 정부 정책에 반영하였다.
한국도 작년 10월, 문재인 대통령께서 탄소중립 2050을 선언 (2020.10.28. 국회 시정연설)하고 국가 에너지 정책 비전으로 제시 하였고, 11월 22일 G20 정상회의에서 한국의 의지를 밝혔다. 또 작년 12월 정부는 ‘2050 탄소중립 추진전략’을 세우고 이를 달성하기 위한 10대 핵심 기술을 선정하고 기후대응과 함께 새로운 성장 동력과 일자리 창출의 기회를 잡기 위한 노력을 기울이고 있다.
탄소경제의 대안으로는 태양광, 풍력, 수력 등과 같은 자연을 이용한 재생에너지와 더불어 수소가 있다. 특히 수소는 인류가 찾아낸 가장 완벽한 청정 에너지원이자, 인류가 무한히 생산해낼 수 있는 에너지원이다. 물(H2O)의 구성 원소이기도 한 수소는 지구상에서 가장 가벼운 원소다. 심지어 우주를 구성하는 물질의 75%를 차지할 정도로 풍부하다. 수소를 산소와 반응시키면 전기를 얻을 수 있으며, 그 과정에 발생하는 것은 오직 물뿐이다. 사실 수소는 이미 제품 생산에 많이 이용되고 있다. 인류의 식량문제 해결에 기여한 암모니아 비료를 만들기 위해서는 수소가 필요하다. 또한 합성연료 생산, 금속정제, 석유탈황, 열원(熱源) 등 다양한 산업공정에 수소가 이용되고 있다.
물론 지구상에는 다양한 재생에너지가 있다. 그러나 자연을 이용한 재생에너지는 날씨와 지역에 따라 생산량을 제어하기가 힘들다는 단점이 있다. 이는 필연적으로 잉여 전력(저장하거나 보존할 수 없는 전력) 혹은 전력 부족 현상을 야기한다. 그러나 수소는 생산한 전력이 남았을 때 저장해두었다가 부족할 때 사용할 수 있다. 남는 전기에너지에서 물을 분해해 수소로 만들어 저장하고, 저장해둔 수소를 수소충전소에 공급해 수소 전기차의 연료로 사용하거나 수소연료전지 발전을 이용해 전기에너지로 활용할 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라 수소는 고압으로 압축하거나 액화할 수 있어 저장과 운송에 용이하다. 재생에너지로 생산된 여타의 전기에너지는 대용량 저장과 장거리 이송의 한계가 있었다. 하지만 수소는 저장성이 우수하고 석유, 석탄, 천연가스처럼 운송이 용이해‘에너지 캐리어(Carrier)’로서 그 역할을 톡톡히 해낼 것이다.
탄소중립을 위한 일차적인 목표는 화석연료에 대한 의존도를 낮추는 것이기 때문에 각국에서 재생에너지 발전 비율을 확대하기 위해 다양한 노력을 기울이는 중이다. 하지만 한국은 재생에너지원이 타국보다 풍부하지 않고 재생에너지원 자체의 간헐성 등의 문제로 에너지 저장에 대한 필요성이 대두되고 있어 이에 대한 해결책으로 수소가 미래 에너지로서 핵심 대안으로 제시 되고 있다.
수소는 지역 편중이 없는 보편적인 에너지원으로 다양한 형태로 발생한 전기에너지의 장기간·대용량 저장이 가능한 에너지 캐리어이다. 화석연료 대비 무게당 에너지밀도가 3~4배 더 높고, 수소 연료전지 발전 효율 또한 화력 및 태양광 대비 월등하다. 또한 수소를 에너지원으로 활용할 수 있게 하는 연료전지(Fuel Cell)는 기존 화석연료의 연소방식과 달리 산소와 수소의 결합 과정에서 발생하는 전기에너지를 동력으로 활용하며 유일한 부산물은 물이다. 수소는 에너지 저장·이송, 발전, 모빌리티 등 거의 모든 화석연료 사용 분야를 대체할 수 있다는 점에서 무궁한 가능성을 가지고 있다고 할 수 있다.
사용하는 탄소에너지의 95%를 수입하는 우리나라는 에너지 안보 측면에서 수소경제로 전환하는 것이 유리하다. 친환경적임과 동시에 에너지 자립을 이룰 수 있기 때문뿐만 아니라 산업적인 측면에서도 수소산업 활성화를 통해 신성장 동력을 만들 수 있다.
우리나라는 수소경제로 가기 위해 많은 경쟁력을 갖추고 있다. 한국의 수소차 기술은 세계 최고 수준이며, 발전용 연료전지 시장에서도 많은 운영 경험을 갖고 있다. 고압가스 인프라 구축 경험과 안전관리 능력은 선진국과 견줄만한 시스템을 갖추고 있고 선박회사, 수소 인프라 구축, 수소생산기술 등 유수의 기업도 보유하고 있다.
작년 9월 글로벌 투자은행인 미국 골드만삭스는 2050년에 세계 수소시장을 12조 달러 규모로 전망 하고 있다. 또한 수소경제 관련 글로벌 CEO 협의체 수소위원회(Hydrogen Council)는 최근 수소경제에 대하여 2030년까지 약 3000억 달러 이상이 투자될 것으로 전망하였다. 이처럼 세계는 가까운 미래에 수소경제로의 전환을 예측하고 빠른 행보를 보이고 있다. 특히 주요국은 세계 수소시장 선점을 위해 자국의 기술·기업의 경쟁력 확보를 위한 혁신에 속도를 높이고 있으며 주요 글로벌 기업 역시 공생과 경쟁을 아우르는 과감한 투자와 기술개발을 추진하고 있다.
‘하이드로젠 인사이트 2021’에 따르면 현재 약 30여개 국가에서 수소 로드맵을 발표했고, 228개의 대규모 수소 프로젝트가 이행 중이다. 프로젝트 중 17개는 GW급 재생에너지 발전량 또는 연 20만t 이상의 저탄소 수소 생산 프로젝트로 전 밸류체인에 걸친 수소 프로젝트 가운데 85%가 유럽, 아시아, 호주지역에 위치한다. 특히 대량 수요국은 산업용 수소 및 운송 분야 프로젝트에 집중하는 경향이 있는데, 일례로 한국과 일본은 육상운송, 그린 암모니아, LH2 및 LOHC 프로젝트에 유럽은 인접 산업 간 또는 정책상의 협업을 통한 전 밸류체인에 걸친 통합 프로젝트가 다수 계획 중이다.
이 보고서에 따르면 세계적으로 2030년까지 약 3,000억 달러 이상의 투자금이 투입될 예정이고, 민간 기업들은 설비투자비(CAPEX), 기업 인수·합병(M&A), 연구개발(R&D)과 관련된 투자가 이루어질 것이라고 예측 하였다.
따라서 글로벌 시장은 탄소경제에서 벗어나 수소를 주요 에너지원으로 사용하고 수소가 국가경제, 사회전반, 국민생활 등에 근본적 변화를 초래하여 경제성장과 친환경 에너지의 원천이 되는 ‘수소경제’로의 전환을 위해 세계 주요국들은 주요 정책을 만들고 수소산업 육성을 위한 각고의 노력을 기울이는 중이다.
한국은 2019년 1월 정부는 중장기적인 ‘한국 수소경제 로드맵’을 발표하며, 수소분야 세계 선도국가로 도약하겠다는 비전을 제시하였다. 작년 2월에는 국회에서 세계최초로 ‘수소경제법’이 제정되어 수소산업 및 생태계 조성을 위한 법적 근거를 마련했으며, 올해 2월부터 수소법이 시행되고 있다.
정부는 올해 10월 발표한 ‘수소선도국가 비전’의 실현을 위해 “청정수소경제 선도국가(First Mover)”로의 도약을 목표로 11월 25일에 열린 제4차 수소경제위원회에서 제1차 수소경제 이행 기본계획을 수립하였다. 수소는 2050년 탄소중립 달성을 위한 가장 강력한 수단이자, 2050년 단일 에너지원으로써는 전체 에너지 소비의 3분의 1을 차지하는 최대 에너지원이 될 것이라고 밝혔다.
이 계획은 올해 2월 수소법 시행 이후 첫 법정 기본계획으로써 ‘수소선도국가 비전’에서 제시한 국내‧외 청정수소 생산 주도, 빈틈없는 인프라 구축, 모든 일상에서 수소 활용, 생태계 기반 강화 등 4대 추진전략을 세웠다. 특히, 2050년 연간 2,790만톤의 수소를 100% 청정수소(그린‧블루수소)로 공급하고, 국내생산은 물론 우리 기술·자본으로 생산한 해외 청정수소 도입으로 청정수소 자급률도 60% 이상 확대할 계획이다. 이를 위해 해외 재생에너지-수소 생산 프로젝트를 추진하여 2050년까지 40개의 수소 공급망을 확보한다는 계획이다.
또한 수소 활용 분야에서 수소혼소발전과 더불어 수소전기차 생산능력의 대폭 확충 (2050년, 526만대)과 함께 2030년까지 내연기관차 수준으로 성능을 제고하고 선박‧드론‧트램 등 다양한 모빌리티로 확대 적용한다. 이를 위해 수소충전소는 2050년까지 2000기이상 확보할 계획이라고 밝혔다.
우리나라는 현재 국내 수소차가 누적 1.8만대가 보급 되었으며 발전용 연료전지 보급도 4년 전에 대비 2배 성장하였다. 또한 올해 제3차 수소경제위원회에서 민간기업들은 43조원의 민간 대규모 투자 등 수소경제의 성과가 점차 가시화되고 있다.
Our World in Data가 발표한 자료에 따르면, 2016년 전 세계 온실가스 배출량 중 수송 분야에서 16.2%인 약 78억7,000만톤CO2를 발생하며, 이는 제조·건설 분야 보다 높은 온실가스 배출량이다. 유럽, 미국, 중국, 일본 등 세계 주요국은 인류 삶과 밀접한 수송 분야에서 우선 연비규제를 강화하고 있으며 2025년경부터 내연기관차 판매 금지를 연이어 선언하고 있다.
더욱이 올해 유엔 기후변화협약 당사국총회(COP26)에서도 2035~2040년 전 세계 주요 국가에서 내연기관 차량 판매를 전면 중단하는 선언문이 채택되었으며, 선언문에는 세계 11개 자동차 기업들과 33개국 정부가 참여하였다.
이렇듯, 자동차 업계도 ICE 규제가 강화되면서 BEV·FCEV 개발에 주력하고 있다. 따라서 세계 자동차 산업의 부가가치가 미래차 중심으로 급격히 전환 중이다. 특히, FCEV(수소차)는 승용뿐만 아니라, 장거리 주행 차량이나 버스, 트럭 등 중량감이 필요한 헤비 듀티 차량에 적용 가능한 솔루션으로 인식되고 있다.
따라서, 과거에는 글로벌 자동차업체들은 높은 투자와 낮은 수익성 때문에 FCEV 개발을 포기했으나, 최근 FCEV의 중요성이 주목받으면서 유럽, 미국, 일본, 중국 자동차 회사들은 다시 개발을 시작했다. 미래 수소전기차 시장은 각국의 치열한 경쟁이 예상된다.
한국은 이를 극복하고 경쟁우위에 서기 위해서, 정부의 지속적 지원 정책과 함께 기업의 선제적 기술개발 투자와 더불어 대량생산 체계로 진입해야 경제성을 확보할 수 있다. 이를 위해 수소전기차 보급확산과 더불어, 이에 적용된 연료전지시스템을 차량뿐만 아니라 다양한 수소모빌리티로의 확대 적용이 필요하다. 또한, 수소충전인프라의 신속한 확충을 통해 수소전기차의 운행 편의성을 기존 내연기관차 수준으로 높아져야 할 것이다.
한국은 수소모빌리티의 강점을 가지고 있으며 현재 수소차 판매 세계 1위를 달리고 있다. 한국은 미래차 시장을 선도하고자 2019년 10월 ‘미래차산업 발전전략’을 수립하였으며, 2030년까지 전기·수소차의 국내 신차 판매 비중을 33%까지 높이고 세계 시장점유율을 10% 달성하겠다는 목표를 제시하였다. 그리고 작년 10월 정부는 관계부처 합동으로 ‘미래자동차 확산 및 시장선점 전략’을 밝히며, 2025년까지 전기차 113만대 수소차 20만대 국내보급, 전기차·수소차 53만대 수출을 목표로 세웠다.
이를 위해 정부는 보다 조속한 수소경제 도래와 글로벌 시장 선점을 위하여 올해 수소경제 관련 예산을 8,244억원으로 편성하였으며, 한국 수소경제 컨트롤 타워인 ‘수소경제위원회’를 통해 수소 정책의 방향을 제시하고 있다.
현대자동차는 2018년 12월에 FCEV 비젼 2030을 발표하고 2030년에 수소차 연료전지 시스템 연산 70만대를 생산하여 수소차 50만대 양산하고 20만대는 수소모빌리티 생산에 공급한다는 계획을 발표하였다. 그리고, 작년 12월에는 2025 전략을 발표하며 수소연료전지 독자 브랜드인 HTWO를 런칭 하며, 수소모빌리티와 전동화 개발에 투자 규모를 10조 4000억원에서 14조 9000억원으로 크게 늘리며 미래 모빌리티개발에 박차를 가하고 있다.
또한 한국의 주요기업들은 앞다투어 수소에 대한 투자계획을 세우고 있으며, 올해 9월 수소경제 활성화와 탄소중립 실현을 위해 국내 15개 기업이 모인 ‘코리아 H2 비즈니스 서밋(Korea H2 Business Summit)’을 발족하였다. 코리아 H2 비즈니스 서밋은 수소 생산, 공급, 활용, 인프라 영역의 다양한 분야의 국내 기업들 간의 협력을 통해 수소생태계의 균형 있는 성장과 발전이 촉진될 것이다.
미래 수소경제 사회로 가기 위해 우리가 앞으로 극복해야 할 과제들이 많을 것이다. 수소 생태계 조성을 위한 대규모 투자, 신기술 개발, 수소 생산 및 저장 인프라 확충, 기업육성, 제도개선, 사회적 합의, 지속적 정책 지원 등을 장기간에 걸쳐 이루어야 하는 힘든 여정이 될 것이기 때문이다.
이를 극복하기 위해 인내를 가지고 장기적이며 지속적인 정책이 뒷받침 되어야 한다. 또한, 정부는 전문인력 양성, 규제개선, 보조금·세제 혜택, 충전·주차 편의 강화, 환경 개선 책임이행 등 수소모빌리티 보급정책 다각화의 추진도 필요하다. 해외 시장 개척을 위한 새로운 수출품목을 집중적으로 육성하고 수출판로 개척 및 해외 협력 비즈니스 모델을 발굴하고 지원해 나가야 할 것이다.
글로벌 수소사회로의 진입을 위해서는 국제협력이 무엇보다 중요하다. 글로벌 수소경제는 한 국가만의 노력만으로는 이룰 수 없기 때문이다. 각 국가들이 가지고 있는 강점을 공유하고 부족한 자원 및 기술 등을 서로 보완해 나가며 글로벌 수소밸류체인을 이루어야 수소 경제가 실현될 것이기 때문이다.
따라서 우리는 선제적 국제협력을 통한 한국이 수소 이니셔티브를 확보하고 이에 맞는 수소경제 이행 전략을 차질없이 이행하여 수소산업 확대를 적극 추진해 나가야 한다.
한국 정부는 제4차 수경제위원회에서 2050년엔 수소가 최종에너지 소비의 33%, 발전량의 23.8%의 비중을 차지할 것으로 전망하며, 1,319조원의 경제효과와 56.7만명의 일자리를 창출하고, 온실가스는 약 2억톤 이상의 저감효과가 있을 것으로 기대하고 있다. 이를 통해 수소는 ’20년 최대 에너지원인 석유(49.3%)를 제치고 ‘50년에는 단일 에너지원으로써는 최대 에너지원으로 자리 잡을 것으로 기대한다고 밝혔다.
이렇듯 한국은 미래 수소경제 선도국가로 도약하기 위해 발 빠른 행보를 보이고 있다. 이는 한국이 수소 사회로의 전환을 통해 미래에 기후위기 극복 및 환경문제 해결 뿐만 아니라, 신산업 창출로 지속적 경제성장 및 일자리 창출의 기회가 만들어져, 현재의 경제위기를 돌파하는 미래 신성장동력이 될 것으로 확신하기 때문일 것이다.
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