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수소 에너지는 전기만큼 저렴해질 수 있다

출처 : 언론사 자체 문제제기

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  • 경제, IT/과학
보충 설명

수소는 한 가지 결정적인 약점이 존재한다. 바로 수소를 사용하기 위해서는 수소를 포함하는 물, 메탄, 탄화수소 등 다양한 화합물에 에너지를 가해 수소를 추출해야 한다는 것이다. 수소를 에너지원으로 쓰기 위해 또 다른 에너지가 필요하다는 얘기다. 이 모순 때문에 수소는 ‘비싼 에너지’로 여겨져 왔다. 테슬라의 일론 머스크가 수소를 이용하는 ‘연료전지’(Fuel Cell)을 ‘바보전지’(Fool Cell)로 부른 이유다. 수소는 전기만큼 싸질 수 있을까.

    검증내용

    ■ 검증 대상

    지구의 70%를 차지하는 물에 포함돼 있는 수소는 전기를 만들 때 이산화탄소(CO2)를 내뿜지 않는다. 저장·운반도 어렵지 않고 발전 효율도 높다. 수소를 가리켜 ‘가장 궁극적인 에너지’로 부르는 이유다.

    다만 이 수소에도 단 한 가지 결정적인 약점이 존재한다. 바로 수소를 사용하기 위해서는 수소를 포함하는 물, 메탄, 탄화수소 등 다양한 화합물에 에너지를 가해 수소를 추출해야 한다는 것이다. 수소를 에너지원으로 쓰기 위해 또 다른 에너지가 필요하다는 얘기다. 이 모순 때문에 수소는 ‘비싼 에너지’로 여겨져 왔다. 테슬라의 일론 머스크가 수소를 이용하는 ‘연료전지’(Fuel Cell)을 ‘바보전지’(Fool Cell)로 부른 이유다. 수소는 전기만큼 싸질 수 있을까?


    ■ 검증 과정

    1. 규모의 경제 이뤄져야 생산 단가 하락

    일본 리서치 회사 후지경제에서 2002년부터 연료전지를 조사·연구한 와타나베 케이타 과장은 “규모의 경제가 만들어지면 가능하다”고 답했다. 아이스크림 가격이 공장에서 아이스크림을 생산한 단가가 아닌, 도매에서 소매로 이어지는 유통과정에서 발생하는 비용과 마진을 붙여 결정되듯 수소 역시 생산, 운송·보관, 이용까지 이어지는 공급사슬(서플라이 체인)에서 발생하는 모든 비용을 종합해서 정해진다. 수소를 많이 생산할수록 단위당 생산비용과 운송비가 줄어드는 규모의 경제가 성립하는 이유다. 그는 “가장 중요한 것은 지속적인 수요를 만들어내는 것”이라고 강조했다.

    규모와 지속적인 수요를 만들어내기 위해 그가 꼽은 가장 주요한 전제조건은 발전용 수소시장이다. 발전용 수소는 수소차(FCV)와 비교도 되지 않는 엄청난 수소 수요를 창출하기 때문이다. 후지경제의 분석에 따르면 2020년 100만N㎥였던 일본 내 발전용 수소시장 규모는 2025년 4억N㎥로 늘어난 뒤, 2030년에는 41억 5000만N㎥까지 커진다. 이와 비교해 일본 내 FCV가 2030년 50만대까지 늘어난다는 가정 하에서 형성된 수소시장 규모가 4억 8000만N㎥이다. FCV 시장에 비해 무려 10배가 넘는 수소시장을 만들어내는 것이다. 일본정부 로드맵에서는 2030년 80만대 FCV 보급을 예상했으나 후지경제는 더욱 보수적으로 산정했다.

    가스가 아닌 수소를 이용해 터빈을 돌리는 발전 기술은 이미 완성단계에 와 있다. 미쓰비시 히타치 파워 플랜트(MHPS)는 네덜란드의 가스발전소(132만kW) 3기 중 1기를 2023년까지 수소발전소로 전환하는 프로젝트를 진행 중이다. 이후 수소터빈을 일본 국내에도 설치한다는 계획이다. 와타나베 과장은 “2025년에는 일본 내에서도 발전을 시작할 것으로 보고 있다”고 말했다.

    수소를 이용한 발전을 위해 많은 양의 수소를 조달하는 방법도 실증단계에 돌입한다. 후쿠시마에 태양열을 이용한 세계 수소 생산시설을 만들고, 호주나 브루나이 등에서 수소를 수입하는 프로젝트가 내년부터 시작된다. 

    무엇보다 눈에 띄는 것은 신재생에너지를 활용한 발전기술이 점점 발전하고 있다는 것이다. 넓은 영토와 뜨거운 햇살을 갖춰 신재생 에너지의 보고라고 불리는 호주는 이를 이용해 만들어진 전기로 수소를 만들어 수출하는 방안을 추진하고 있다. 이처럼 신재생 에너지를 통해 만들어진 잉여전력이 많아질수록 수소 생산 비용은 떨어진다. 


    2. 안전 보장된 규제 완화…기술 발전이 뒷받침해

    주요한 가격 변수는 바로 기술 발전과 규제이다. 수소는 폭발력이 있는 물질이기 때문에 안전하게 다뤄야 한다. 그러나 규제를 강화할수록 비용은 올라간다.

    이와타니산업은 일본 외에도 미국 캘리포니아에 있는 수소 충전소 4곳을 매입해 미국 수소 충전 시장에 진출했다. 일본에서의 수소 충전 사업은 적자이지만, 미국에서는 크지 않아도 수익이 나고 있다고 한다. 수소 판매 가격은 더 비싼 반면 규제는 더 적어 비교적 적은 금액으로 수소 충전소를 세울 수 있기 때문이다. 이와타니산업의 니노미야 다이스케 부장은 “미국 캘리포니아에서는 이미 수소 충전 사업이 비지니스의 영역에 진입해 있다”고 말했다.

    일본은 규제가 엄격하다. 대표적인 것이 셀프 충전이다. 셀프 충전이 가능해지면 인건비가 줄어드는 만큼, 수소 충전소의 운영 부담이 대폭 줄어든다. 그러나 일본은 미국과 유럽 등과 달리 셀프 충전을 금지하고 있다. 일부 ‘셀프 충전’이 가능하다는 충전소는 안전책임자의 감독 아래 법이 허용하는 범위 내에서 제한적으로 이뤄진다. 수소 충전소의 탱크 등에 대해서도 내부압력을 견딜 수 있는 능력을 미국 등은 현재 저장 압력의 2배 정도로 설정하고 있는데 반해 일본은 3배로 요구하고 있다. 더 큰 압력을 견디기 위해서는 더 비싸고 더 많은 재료를 써야 한다. 이는 결국 비용 증가로 이어진다. 

    일본정부 역시 규제 완화에 손 놓고 있는 것은 아니다. 일본은 2017년 경제산업성에 ‘수소·연료전지 자동차 관련 규제 검토회’를 설치, 신에너지 산업기술종합개발기구(NEDO) 등을 중심으로 수소 관련 규제를 완화하기 위한 기술 검증을 실시하고 있다. 기술적으로 안전성이 확보돼야 규제를 풀어줄 수 있다는 것이다. 시범사업에서 적용했던 수소충전소 상용압력을 40Mpa에서 82Mpa로 올리고 수소충전소를 일반 주거지 등에도 설치할 수도 있도록 한 것 역시 모두 기술적 검증 끝에 ‘안전하다’는 결론을 도출한 뒤 결정한 것이다.

    당연히 규제 완화의 속도는 느리지만, 일본 정부는 안전성 확보를 위해서는 이같은 절차가 필수적이라는 입장이다. 다만 빠른 속도로 진화하고 있는 기술이 안전에 대한 우려를 덜어주고 있다. 히타치오토모티브시스템즈메니저먼트는 얼굴인식을 이용해 셀프 충전 가능여부를 판별하는 시스템을 개발했다. 일본 수소충전소용 디스펜서 시장의 70%를 점유하고 있는 다쓰노도 셀프 충전용 디스펜서를 개발한 상태다.

    니노미야 부장은 “마치 40년 전 최초의 휴대전화 가격이 1000만원이었던 것처럼 수소충전소도 기술 개발에 따라 점차 성능은 높아지고 가격은 낮아질 것”이라며 “일례로 초창기 수소충전소 고무호스는 수십 번을 사용하면 교체해야 했지만 이제는 1000여번은 충전해도 괜찮을 정도로 품질이 개선됐다”고 말했다.


    3. 수소의 가격 경쟁력은 바로 친환경

    그렇다고 하더라도 전기를 이용해 수분해하는 단계를 거쳐야 만들어지는 수소가 전기보다 싸지는 것은 불가능해 보인다. 이에 대해 오히라 에이지 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO) 국장은 ‘보이지 않는 비용’을 지적한다. 바로 깨끗한 지구를 지켜나가는 비용이다. 오히라 국장은 “지금은 탄소배출권 가격이 저렴하지만 앞으로는 달라질 것”이라고 강조했다. 유럽의회 선거에서 녹색당이 약진하는 등 환경대책에 대한 요구는 날로 강해지고 있다.

    영국은 세계 처음으로 2050년까지 탄소중립국이 되겠다고 법으로 제정했고 독일 역시 유럽의회선거에서 약진한 녹색당과의 협력을 위해 탄소세 부과를 부과하는 쪽으로 가닥을 잡았다. 파이낸셜타임즈(FT)에 따르면 지난해만 하더라도 톤(t)당 2만원이었던 유럽연합(EU) 탄소배출권 가격은 7월 t당 29.27유로(3만 8700원)까지 올라가 사상 최고치를 기록했다.

    탄소배출권 가격이 비싸질수록 상대적인 가격 경쟁력을 가지는 것은 바로 수소다. 지금은 석탄, 석유 등을 활용해 전기를 생산하는 것이 압도적으로 싸지만 여기에 탄소 배출에 대한 비용을 부과하면 비싸질 수밖에 없기 때문이다. 반면 수소를 이용한 발전에서는 어떤 이산화탄소나 오염물질도 발생하지 않는다.

    오히라 국장은 “수소 에너지는 효율성이 아닌, 해야 한다는 당위성에서 시작해야 한다”며 “이를 인정할 때 수소가격에 대한 인식도 달라지지 않겠냐”고 말했다.


    ■ 종합 판단

    수소는 시장 규모의 경제가 선행돼야 생산 단가가 하락한다. 또 폭발 위험성 때문에 안전을 보장할 수 있는 기술력이 뒷받침되어야 한다. 또 유럽에서도 지불하고 있는 탄소배출권 가격이 상승하면서 수소 에너지에 대한 당위성도 생긴다. 전기를 이용해 분해해야 하는 수소는 현재 전기보다 비싼 에너지이지만, 시장 형성과 안전 기술이 도입된다면 친환경적인 저렴한 에너지로 자리잡을 수 있다.

    검증기사

 

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