오늘은 친환경에너지인 수소산업에 대해 분석해 보겠습니다.
수소에너지란?
수소와 산소의 화학반응으로 얻는 전기를 기반으로 한 친환경 에너지원으로 기존의 화석 에너지와 달리, 전기와 열로 전환될 때 물만 생성할 뿐 온실가스는 전혀 배출하지 않는다는 특징을 가지고 있습니다.
수소산업의 밸류체인
수소산업은 크게 생산/저장 및 운송/ 활용으로 나누어집니다.
수소생산
수소의 생산방법은 부생수소, 개질(추출)수소, 수전해 수소로 크게 3가지가 있습니다.
부생수소: 석유화학 및 제철 공정이 진행되는 과정에서 부가적으로 생산되어 나오는 수소를 의미합니다.
개질 수소: 수소 생산을 목적으로 석탄이나 천연가스 등 화석연료에서 추출하는 수소를 의미하며, 이 중 천연가스가 주를 이룹니다.
수전해 수소: 전기를 이용해 물(𝐻2𝑂)를 분해하여 만드는 수소(𝐻2)입니다. 온실가스 배출은 없지만, 생산단가가 높다는 단점이 존재합니다.
운송/저장
수소 저장의 경우 기체는 고압 압력용기, 액체는 극저온 저장용기가 필요합니다. 수소생산단가를 낮추기 위해서는 운송횟수 감소가 중요합니다. 이를 위해서 수소를 저장시 많은 양의 수소를 넣고 운반해야합니다. 수소는 액체상태가 될 경우 부피가 매우 작아지기 때문에 수소의 액상 및 액화수소운송 기술의 발전이 중요하다고 볼 수 있습니다.
수소의 활용
수소는 열차,비행기, 대형트럭, 버스 등의 교통수단에 이용될 수 있으며, 발전용으로 사용될 수도 있습니다. 또한 미래에는 천연가스 대신 산업 및 가정용으로 수소를 활용 할 수도 있습니다. 실제로 일본의 린나이는 지난해 5월 세계 최초의 수소 보일러를 개발했습니다.
온실가스 배출량에 따른 수소의 구분
브라운 > 그레이 > 블루 > 그린 수소
브라운 수소에서 그린수소에 가까울 수록 추출 비용은 증가한다는 단점이 있지만, 배출되는 이산화 탄소는 크게 감소하게 됩니다.
브라운/그레이수소
브라운수소는 석탄이나 갈탄을 고온·고압에서 가스화하여 수소가 주성분인 합성 가스를 만드는 방식이며, 그레이수소는 천연가스를 고온·고압 수증기와 반응시켜 물에 함유된 수소를 추출하는 개질 방식입니다. 여기에 석유화학이나 철강 공정 등에서 부수적으로 나오는 부생수소도 그레이수소에 포함된다고 볼 수 있습니다.
블루수소
블루수소란 천연가스와 이산화탄소 포집설비를 이용해 생산한 수소로, 이산화탄소를 포집·저장(CCS·Carbon Capture and Storage)하여 탄소 배출을 줄인 것 입니다. 즉, 블루수소는 그레이수소처럼 화석연료에서 추출하기에 생산과정에서 이산화탄소는 발생하지만, 발생한 이산화탄소를 포집·저장하므로 그레이수소보다는 훨씬 적은 탄소를 배출한다고 볼 수 있습니다.
그린수소
그린수소란 신재생에너지로 만든 전기로 물을 분해하여 얻어지는 수소를 의미합니다. 그린수소는 2050년 탄소중립을 위해서는 필수적이지만 현재 그린수소의 생산가격은 그레이 수소 대비 약 2.5~5배 수준으로 아직까지 경제적 열위를 보이고 있습니다. 하지만 태양광/풍력의 지역별 신재생 에너지 발전의 설치량 확대는 결국 잉여 전력량 증가와 전력비용 하락을 유도하기 때문에 이를 바탕으로 수전해의 그린수소 가격 전망은 2030년 3천원, 2050년 2천원으로 하락하여 경제성 확보가 가능할 것으로 예상됩니다.
신재생에너지와의 연계성
태양광, 풍력 등과 같은 재생에너지는 생산의 간헐성 및 대용량 저장 문제 때문에 전력 수급이 불일치로 인한 손실이 큽니다. 따라서 이를 저장하기 위한 ESS가 주목받게 되었습니다. 현재 리튬이온전지를 기반으로한 ESS가 일반적입니다. 하지만 이는 저장용량이 부족할 뿐 더러 장거리 이송에 적합하지 않다는 단점을 가지고 있습니다. ESS시설의 면적대비 저장되는 에너지의 양이 많지 않을 뿐더러 이 에너지를 다른 곳으로 운반시키는 것은 더욱 힘들기 때문입니다.
따라서 이러한 에너지를 저장하고 운반하는데 있어 수소가 반드시 필요합니다. 일반적으로 수소는 고압 탱크에 압축하여 저장하는데, 영하 263°C로 냉각해 액화시키면 부피가 800분의 1로 줄어들어 저장∙운반이 용이해집니다. 이러한 신재생에너지와 수소의 연계성은 수소산업에 대한 매력도를 부각시킨다고 볼 수 있습니다.
주요 국가들의 정책
수소 시대가 열릴 것인지는 생산과 공급의 인프라를 확보할 수 있느냐에 달려 있습니다. 천문학적인 투자가 필요하기 때문에, 주요 국가들이 정책적으로 지원하지 않으면 수소 시대는 이상 속의 아이디어로만 그치게 됩니다. 하지만, IRA 와 유럽의 에너지 위기가 수소를 주요 에너지원으로 격상시키면서 수소 시대 개막의 가장 큰 장애물을 넘게 되었습니다.
미국은 IRA 에 수소 생산에 대해 최대 3 달러/kg 의 생산세액 공제를 올 해부터 적용합니다. EU도 그레이 수소와 그린수소의 생산단가 차이를 올 해부터 보조해줍니다. 중국은 수소생산 확대를 가장 빠르게 추진하고 있습니다. 현재 수소업계는 중국의 2023 년 수소 생산을 위한 수전해 설비 신규 설치를 약 2~3GW수준으로 보고 있으며, 2022년말까지 글로벌 전체 수전해 설비의 누적 설치량은 약 2.5GW 수준인 것으로 추정하고 있습니다.
증가하는 수요와 높은 성장성
맥킨지 보고서에 따르면 2050년 전 세계 수소 수요는 연간 78EJ(석유 132억 6,000만 배럴) 규모에 이를 것으로 전망되고 있습니다. 현재는 수소가 주로 산업용 원료로써 활용되고 있지만, 수소 활용 분야의 기술 발전과 더불어 수송과 전력 부문에서 수소수요가 가파르게 증가할 것으로 예상되기 때문입니다.
이에 따라 늘어나는 수요를 충족시키기 위해 생산량 및 생산설비들이 가파르게 증가할 예정입니다.
이처럼 수소산업은 향후 높은 성장성과 발전가능성을 가질 것으로 예상되기 때문에 관심을 가지고 지켜볼 필요가 있습니다.
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