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앞으로 다가올 수소경제의 미래 - 주요국 정책 동향과 시사점을 중심으로 –

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농업.에너지,건축.소비재.자원(광물)

2020. 10. 19.

문재인 대통령이 지난해 울산 남구 울산시청에서 열린 수소경제 전략보고회 ‘수소경제와 미래에너지, 울산에서 시작됩니다’에 참석해 인사말을 하고 있다.

 

수소경제는 2050년 연간 2 5000억 달러(한화 3000조 원) 규모의 수소 및 관련 장비 시장과 3000만개 이상의 누적 일자리를 창출할 것으로 전망되며 독일·일본·중국 등 세계 주요국들도 미래 유망산업으로 수소경제 활성화에 나서고 있다.

글로벌 그린수소 생산단가 하락, 주요국 정부의 수소경제 투자 확대, 상용차의 수소 모빌리티 선도, 발전 및 건물용 연료전지 시장 확대 등으로 인해 수소경제로의 전환이 가속화됨에 따라, 글로벌 시장 선점을 위한 국가 간 경쟁이 매우 치열하다.

한국은 모빌리티와 발전용 연료전지 등 수소 활용 측면에서는 세계 최고의 경쟁력을 보유하고 있지만 수소 생산 및 공급 인프라는 상대적으로 뒤쳐져 있는 것으로 나타났다.

우리나라가 조기에 대외경쟁력을 확보하기 위해서는 그린수소 관련 원천기술 개발과 인프라 구축에 집중 투자해 그린수소 생산량 증대와 생산단가 절감에 노력을 기울여야 한다.

 

 

수소경제 경쟁력 제고, 원천·독자기술 확보 서둘러야

- 정부의 그린수소 생산·운송 투자 확대, 산업계의 친환경·저탄소 전환 노력 필요-

 

  교토의정서에 비해 더욱 강력하게 온실가스 배출을 규제하는 파리기후협약이 2021 1 1일부터 발효될 예정이다. 수소는 에너지를 만들어낼 때, 이산화탄소 등 배기가스를 발생시키지 않고 석유나 배터리에 비해 효율이 매우 높아 미래 에너지원으로서 잠재력이 크다.

 

  맥킨지는 2050년 수소가 글로벌 에너지 수요의 18%를 담당해 이산화탄소를 매년 60억톤 가량 감축하고, 수소 및 관련 장비에서 연간 2 5,000억 달러(한화 3000조 원)의 시장과 3,000만개 이상의 누적 일자리를 창출할 것으로 전망했다. 친환경 에너지원로서 수소가 새로운 시장을 창출하고 많은 일자리를 제공해 줄 수 있다는 점에서 주요국 정부는 수소산업 육성 계획을 속속 발표하고 있다.

 

  한국은 ’19 1수소경제 활성화를 위한 로드맵을 발표, 수소차와 연료전지를 양대 축으로 하는 수소경제 육성 정책을 천명했다. ’40년까지 수소차 생산량을 620만대로 확대하고, 발전용 연료전지 15GW를 보급하여 세계시장 점유율 1위를 유지하겠다는 복안이다. 정부는 이를 위해 2025년까지 총 37조 원을 그린 에너지 등 3개 분야에 투자할 계획이다.

             

  독일은 지난 6수소전략을 발표하며, 90억 유로(12 3천억 원)를 수소분야 연구개발 등에 투자하겠다고 밝혔다. 유럽연합은수소 로드맵을 통해 수소경제를 2030년까지 1,400억 유로(190조 원) 시장으로 육성하고, 2050년까지 최대 4,700억 유로(648조 원)를 투자할 계획이다. 일본과 중국도 각각수소연료전지 로드맵연료전지자동차 발전로드맵을 발표하는 등 수소사회로의 전환을 이미 시작했다.

 

  연료비가 없는 신재생에너지의 발전 비용이 하락하고 잉여전력이 대량으로 생산되면, 에너지를 장기간 손실 없이 저장할 수 있는 수소가 미래 에너지원으로 활용될 가능성이 높다. 특히 각국 정부의 이산화탄소 규제가 강화되면서 트럭과 버스 등 상용차 분야에서 수소차로의 전환이 가속화될 것이고, 신재생에너지 공급의무비율과 신재생에너지 의무설치비율이 상향조정되고 있어 발전 및 건물용 수소연료시장이 크게 확대될 전망이다.

 

  이제 친환경 에너지와 수소경제로의 전환을 위한 소리 없는 총성이 시작되었다. 정부는 수소로드맵에서 정한 목표를 달성할 수 있도록 산업계와의 긴밀한 협의를 통해 구체적인 이행계획을 마련하고, 수소 생산과 인프라에 대한 금융·세제 지원으로 균형 있는 수소 생태계를 육성하며, 수소경제의 수출 산업화와 산업계의 연구개발을 적극 지원해야 한다. 산업계도 온실가스 절감 노력이 곧 기업 경쟁력임을 인식하고, 수소의 생산·저장·수송·활용 등에 있어 독자기술 개발과 생산 능력 확보에 총력을 기울여야 한다.(자료, iit.kita제공)

 

 

-ebook 보기(한국무역협회)_38_포커스_앞으로_다가올_수소경제의_미래(FINAL).pdf

 

요 약

I. 연구 목적 및 배경

II. 수소 에너지 시장 동향 

. 주요국의 수소경제 정책 동향

. 수소경제로의 이동 가속화

. 시사점

 

(한국무역협회)_38호_포커스_앞으로_다가올_수소경제의_미래(FINAL).pdf
0.87MB

 

수소 에너지(Hydrogen energy)

수소 형태로 에너지를 저장하고 사용하는 에너지원으로 석유나 석탄을 대체하는 미래의 궁극적인 청정에너지원 중 하나이다. 수소 에너지 원료가 되는 물은 지구상에 풍부하게 존재하며, 수소를 연소시켜도 산소와 결합하여 극소량의 질소와 물로 변하므로 공해 물질로 인한 환경오염 염려가 없다.

 

그림  1. 수소 에너지 순환  (출처,Naver)

 

그림  2. 연료전지의 원리  

 

수소를 직접 연료로 사용하는 수소 연료전지(fuel cell)는 수소 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 생산하는 장치로, 물의 전기분해 장치와 반대과정을 이용한다.

 

연료전지는 연료와 공기를 전극 표면에서 반응시켜 얻어지는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환장치로서, 연료가 공급되는 한 재충전 없이 계속해서 전기를 생산할 수 있고 소음이 적으며, 발전과정에서 발생되는 열은 급탕 및 난방으로 이용한다.

 

화학 에너지를 일단 열에너지로 변환시킨 후 열기관을 사용하여 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 보통의 발전 방식에 비해 간단하며 효율적이다. 하지만 수소 연료의 효과적인 제어와 보관이 어렵다는 단점이 있다.

 

그림 2는 연료전지의 원리를 나타낸다. 수소 원료는 음(-)극에서 이온화 되어 전자를 내놓고, 수소 이온은 전해질을 따라 양(+)극으로 이동한다.

 

산소 기체는 양(+)극에서 수소이온과 반응하여 물을 생성한다.

 

음극에서 발생하는 전자는 전선을 따라 양극으로 이동하면서 전기가 흐르게 된다.

수소 에너지는 수소 자동차와 같이 석유를 연료로 사용하고 있는 모든 엔진 및 연료 분야에서 사용이 가능하다. 1956년에 로켓 연료로 액체 수소를 사용하기 위한 연구가 이미 시작되었고, 아폴로 우주선의 새턴5형 로켓으로, 스페이스 셔틀의 엔진용 연료로 실용화되었다.

 

2014년에 수소연료전지 자동차가 세계 최초로 출시되었고 수소 연료로 사용이 보편화되면서, 장기적으로는 수송수단의 대체에너지원으로 각광 받고 있다. 우리나라에서는 1980년대부터 관련 기초연구에 착수하였으며, 대체에너지 기술개발사업 중장기계획에 따라 차세대 신재생에너지 기술개발사업의 하나로 수소에너지 기술을 상용화 단계까지 끌어올리기 위한 기초연구의 강화에 노력하고 있다.

 

수소는 대부분 안정된 탄소화합물이나 물로 존재하고, 주로 석유나 천연가스의 열분해에 의해 제조되거나 다른 화학공정의 부산물로서 얻을 수 있다. 우리나라에서는 석유화학사의 정제 과정에서 나프타의 분해를 통해 얻거나, 물을 전기분해하여 쉽게 얻는다. 전기분해 방식은 입력에너지(전기에너지)와 비교하여 수소에너지의 경제성이 낮아서 대체 전원이나 촉매를 이용한 제조 기술이 연구되고 있다.

 

궁극적으로는 자원 순환형 미래기술로서 태양광, 풍력 등 신·재생에너지를 이용하는 제조공정들과 함께 연구가 진행되고 있다. 또한 물 전기분해법외에 효율을 높이기 위해 여려 종류의 물질을 결합시키고 또한 원자로의 열을 이용해서 여러 단계의 화학반응을 통하여 결국 물을 분리시켜 수소와 산소가 되도록 하는 열화학 사이클법이 연구되고 있기는 하지만 설비 투자가 큰 단점이 있다.

 

생산된 수소는 고압가스, 액체수소, 금속수소화물 등 다양한 형태로 저장이 가능하다. 이때 주로 고압 기체 상태로 저장하고 있지만 단위 부피당 수소 저장밀도가 매우 낮아서 경제성과 안정성이 부족하므로 액체와 고체로 저장하기 위한 신기술들이 등장하고 있다.

 

수소 가스의 저장법으로 금속 산화물에 흡착시키는 방법은 마그네슘을 비롯하여 수소를 잘 흡수하는 금속 수산화물의 형태로 저장하는 방법이다. 이를수소 저장 합금이라고 한다. 수소 저장 합금은 일정량의 열을 가하여 압력을 감소시키게 되면 흡수했던 수소를 반대로 방출하게 되는 성질을 가지고 있다.

 

이와 같이 수소를 흡수하는 성질이 좋은 금속 분말에 수소를 흡착시켜서 수송하거나 저장하는 것은 그리 어렵지는 않다. 이러한 방법을 사용하면 가스 상태로 저장하는 경우보다 부피를 1/3 이하로 줄이는 것이 가능하고, 폭발될 우려도 없다.

 

신에너지 / 서울시 수소연료전지 발전소열병합발전소 부지 내의 수소연료전지 발전소 모습. 2009. 5. 15.출처: 한국민족문화대백과)