청정에너지 그린수소와 수소 모빌리티
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청정에너지 그린수소와 수소 모빌리티
이승훈 본부장
수소융합얼라이언스 정책·기술본부
지금 온실가스 감축과 탄소중립을 위한 에너지 전환의 과도기에 우리가 살고 있다. 이러한 전 지구적 환경변화에 따른 산업의 변화가 요구되는 시점으로 이러한 산업의 전환은 여러 분야에서 진행되고 있다. 가장 쉽게 우리가 접할 수 있는 분야는 재생에너지 보급이며, 이와 함께 배터리 전기차, 수소 전기차, 바이오 가스 활용 등이다.
2018년 국내 온실가스 배출 통계를 보면 자동차가 속해있는 에너지 분야에서 86.9%의 온실가스를 배출하고 있으며, 에너지 분야 중 모빌리티 분야에서 배출되는 온실가스는 13.5%에 달한다. 모빌리티 분야에서 온실가스 배출을 줄이기 위한 여러 방안들이 모색되고 있다. 그들 중 배터리 전기차의 보급이 가장 먼저 시작되었으며, 수소 전기차 보급 및 E-fuel 연구 등이 있다. 2022년 3월 통계를 보면, 배터리 전기차가 25만 8천여 대가 보급되었으며, 수소 전기차는 20천 6백여 대가 보급되어 점점 시장을 확대하고 있다.
이러한 온실가스 감축을 위한 노력에 대한 글로벌 동향 중 유의할 것은 유럽에서 2021년에 탄소 국경세가 법제화 되었다는 것이다. 탄소 국경세는 2023년부터 3년간 시범운영한 뒤 2026년부터는 탄소국경세가 직접세로 부과될 예정이다. 결국 탄소세는 모빌리티의 전주기 온실가스 배출조사를 통해 결정될 것이며, 이에 대한 대비가 필요한 실정이다.
또한, 2021년 10월 18일 정부에서 발표한 “탄소중립 시나리오”에서는 수소가 탄소중립의 주요 수단으로 제시되고 있으며, 2021년 11월 26일에 수소법에 따른 법정계획인 “수소경제 이행 기본계획”이 발표되었다. 위의 두 발표에서는 수소의 생산과 관련해 청정수소에 대한 국내생산과 국외 도입에 대한 내용이 포함되어 있으며, 이는 수소의 경제성과 환경성을 확보하기 위한 방안들이 포함되어 있다.
수소 모빌리티는 2000년대 초반부터 개발되어 2010년대에 상용화되어 기술개발이 지속되고 있으며, 수소산업 초기 시장을 이끌고 있다. 수소 모빌리티의 시장 확대 여부는 청정수소의 저렴한 생산, 보급과 인프라 구축 속도에 달려있다. 결국 청정수소의 경제성 있는 생산과 공급은 수소 모빌리티에서는 매우 중요하다.
수소 모빌리티의 보급이 적은 초기에는 국내에서 천연가스 개질 방식과 CO2 포집 방식을 연계한 수소생산 방식이 과도기적으로 사용될 가능성이 높다. 하지만, 천연가스 개질 방식은 온실가스를 배출한다는 단점을 가지고 있으며, 현재 석유와 천연가스 도입원가가 높아지면서, 경제성이 악화되고 있어 수소의 가격 상승에 대한 압박이 높아지고 있는 상태이다.
이러한 단점을 해결하기 위해서는 국내에서의 청정수소 생산을 위한 기술개발과 생산단가를 줄이기 위한 노력이 필요하며, 해외에서 저렴한 청정수소를 수입할 수 있는 시기를 앞당겨야 수소 모빌리티 시장 확대가 가능할 것으로 판단된다.
청정수소를 해외에서 도입하기 위한 노력은 정부가 주도적으로 수행하고 있으며, 작년 10월 해외 청정수소 도입을 위한 5개의 밸류체인인 “H2 STAR” 프로젝트를 발표하였다. 이 컨소시엄에는 해외에서 수소 도입에 관심이 있는 42개 국내 기업이 참여하고 있다. 이 발표에는 해외 도입국가, 국내 도입항만, 국내 관련 기업 등이 있으며, 특히 수소의 운송방법에 대한 내용도 포함되어 있다. 이와 함께 작년 11월 26일 개최된 수소경제위원회에 해수부에서 국내 수소항만에 대한 계획을 보고하였다. 그 주요 내용에는 울산항, 광양항, 부산항, 평택· 당진항, 군산항 등 (5개 항만)의 수소항만 민관협력 선도 사업이 포함되어 있다.
수소는 현재 천연가스와 같이 액화 상태로 수입이 어렵다. 액화수소를 운반하기 위한 선박은 개발 중이며, 액화수소 벙커링 및 국내 보급을 위한 인프라가 전무한 상태이다. 따라서, 2027년 청정 암모니아 형태 수소가 국내에 처음 도입될 예정이며, 액화수소는 기술개발 완료가 예상되는 2030년 이후가 될 것으로 예상하고 있다.
이러한 수소의 해외 도입을 위한 세계 각 국은 수소에너지국제파트너쉽(IPHE)를 통해 현재 논의 되고 있으며, 국제수소거래의 주도권을 잡기위해 독일, 일본, 네델란드, 중국 등이 움직이고 있다.
독일의 경우 H2Global 프로젝트에 10년간 9억 유로를 투자하여 그린수소 및 관련 파생산품 생산에 대한 이중 구매계약체결(Dual-Auction System)을 추진중에 있으며, 일본은 암모니아 공급망 테스크포스를 운영하여 최초로 거래가 예상되는 그린 암모니아에 대한 공급계약 방식, 기간 및 유연성 가격 메커니즘을 도출하기 위해 노력하고 있다. 네델란드는 로테르담을 중심으로 4개 항구에 대한 수소거래 기반구축을 추진하고 있으며, 중국은 베이징을 중심으로 국제수소거래소 설립을 예고하였다.
이에 국내에서도 이원욱 국회의원이 “국제수소거래소법”을 발의하여, 수소의 국제거래경쟁에 참여하고 있으며, 현재 이 법은 국회에서 심의할 예정이다.
이와 같이, 국내에 수소를 저렴한 가격에 공급하기 위해 청정수소의 국제 거래에 대한 국내의 많은 기업들이 투자를 고려하고 있으며, 정부는 수소거래를 지원하기 위한 제도를 구축하고 있다. 수소 전기차, 기차, 지게차, 드론 등 수소 모빌리티에 대한 보급 확대를 위해서는 청정수소의 생산과 공급이 우선되어야 한다. 수소 전기차 보급 초기 수소충전소 부족으로 인한 많은 민원이 제기되어 사회적으로 문제가 되기도 했다. 이렇듯 청정수소의 생산과 공급 시기에 따른 수소 모빌리티의 기술개발과 보급을 고려해야 할 것으로 생각된다.
그린수소에 대한 글로벌 투자와 함께 수소차의 연료도 그린수소 사용에 대한 요구가 높아지고 있으며, 그 비근한 예로 미국의 플러그 파워는 지금 현재 미국에 약 5만대의 수소지게차를 공급하였으며, 지게차 연료를 재생에너지 그린수소로 공급하고 있다. 또한, 유럽에서도 수소충전소 건설 시 보조금을 주는 조건이 그린수소 충전소로 한정하고 있다.
특히, 유럽의 Daimler Truck은 세계 최대 상용차 제조업체 중 하나로 대형 트럭 시장의 약 58%를 차지하고 있다. Daimler Truck과 Volvo Group은 합작법인인 cellcentric이 2025년에 가동을 예정인 유럽 최대 규모의 연료전지 시스템 생산 공장 건설을 발표하였다. Daimler는 이미 독일에서 수소 트럭에 대한 승인을 받았으며 2027년에 수소 트럭를 판매할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 또한 DHL , Royal Mail , FedEx , UPS 및 Swiss Post 와 같은 물류회사는 현재 수소 트럭 보급을 위한 실증을 하고 있다.
향후, 글로벌 수소 자동차 시장은 버스, 트럭 등 상용차 위주로 선 공급될 것으로 예상되고 있으며, 국내에서도 ‘23년 울산과 인천에 액화수소 플랜트가 가동되면서 버스, 트럭 등 대용량 액화 수소 충전소가 건설될 것으로 예상하고 있으나, 결국 국내에서 수소 트럭을 언제, 얼마나 공급할 수 있는지가 관건이다. 현재 수소 모빌리티 시장은 국내시장이 전 세계 1위를 차지하고 있지만, 결국 기술개발 속도와 정부의 지원정책이 글로벌 리딩을 유지할 수 있는지를 가늠할 것으로 예상된다.
세계 완성차사의 수소차 판매 및 생산계획을 보면 일본 2세대 도요타 미라이는 2019년 판매를 시작하여 2021년 판매량이 257% 증가했으며 2021년 미라이의 주요 시장은 한국이 아니라 미국으로 미국에서 2,629대, 일본에서 2,438대, 유럽에서 730대가 팔렸다.
독일 Daimler Truck은 세계 최대 상용차 제조업체 중 하나로 대형 고속도로 트럭 시장의 약 58%를 차지하고 이 회사는 이미 독일에서 수소 동력 트럭에 대한 승인을 받았으며 2027년에 고객에게 수소 트럭을 제공하기 시작할 것으로 예상하고 있으며 다임러는 볼보와 협력하여 2025년에 가동을 시작할 예정인 연료전지 공장을 건설했다.
2022년 2월, 미국 Joe Biden 대통령은 수소 생산, 인프라 및 연구를 촉진하기 위해 100억 달러에 가까운 자금을 지원하겠다고 발표했으며 미국 에너지부는 10년 안에 킬로그램당 1달러에 깨끗한 수소를 만드는 것을 목표로 수소탄( Hydrogen Shot )이라는 연구 프로그램을 시작한다고 발표했다.
중국은 2025년까지 연료전지 구동 차량 50,000대를 운영하기 위해 연간 최대 200,000톤의 무탄소 수소를 생산할 계획이라고 발표하는 등 전 세계적으로 수소 생산 및 운송에 관련하여 800억 달러 이상의 투자를 받았으며 캐나다 밴쿠버에 본사를 둔 무공해 자동차 회사인 First Hydrogen 은 6월에 첫 번째 시범 연료전지 전기 자동차(FCEV)의 테스트를 시작할 것이라고 밝히며 동포 연료전지 제조업체인 Ballard Power Systems 및 오스트리아의 자동차 회사인 AVL Powertrain UK와 협력하고 있다.
JATO Dynamics에서 수집한 통계에 따르면 2021년에 수소 연료 전지 자동차의 전 세계 판매량이 15,500대를 초과하며 다른 연료 유형에 비해 작지만 연료 전지 자동차에 대한 수요는 2020년에서 2021년 사이에 84% 급증하여 8,400대가 새로 추가되었으며 2011년 이래로 거의 41,700대의 수소 자동차가 판매되었다.
지난해 수소차 판매량의 98%를 차지한 모델은 현대 넥쏘와 도요타 미라이 두 모델뿐이며 단계적으로 단종된 혼다 클래리티와 르노, 맥서스, BMW, 푸조 등 일부 업체의 테스트 차량이 나머지 판매량을 차지하였다.
한국은 현대차의 강력한 입지와 수소 인프라 구축으로 인해 전 세계 생산량의 55%를 차지하고 있으며 지난해 판매량은 2020년 판매량 5,800대에서 8,500대를 약간 상회하는 수준으로 증가했다. 또한 기아차는 2028년 수소연료전지차 포트폴리오를 공개하는 등 수소전기차 분야의 선도적 경쟁력을 확보하고 미래 비즈니스 영역을 지속적으로 확장해나가고 있다.
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