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[수소에너지와 수소경제] 김성복 단장 (201118)
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    등록일
    2020.11.18
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201118_수소에너지와_수소경제_김성복_단장.pdf

 

 

수소에너지와 수소경제

 

 

수소에너지와 수소경제

일 시 : 20201118() 오후 4

발제자 : 김성복 수소융합얼라이언스추진단 단장

정 리 : 권기마 연구원

 

목차

. 수소 에너지란?

. 수소 산업 응용분야

. 한국, 수소경제 이행과정

. 주요국 수소경제 현황

. 수소에너지를 통한 그린뉴딜

 

 

중점 발제 내용

. 수소 에너지란?

탄소에너지 중심의 산업과 경제발전으로 인해 이산화탄소가 다량 배출되고, 이로 인해 지구온난화 등 여러 가지 문제들이 나타나고 있는 상황에서 우리나라뿐만 아니라 선진국들도 탄소경제를 대체할 수 있는 에너지원과 그것을 바탕으로 하는 에너지를 찾고 있고, 그중 가장 가능성이 있고 현실성과 경제성이 있는 것이 바로 수소에너지이다. 우리나라에서는 2005년 즈음에 수소경제에 대한 구상이 시작되었고, 2015년에 수소차 공급 및 시장 활성화 계획을 발표하면서 기초를 다지는 작업을 시도했다. 그리고 2019년에 수소경제 선점을 위해서 수소경제 활성화 로드맵을 만들었다.

 

그 결과 수소전기차에서는 우리나라가 세계시장을 선도하고 있다. 그리고 충전소, 연료전지 등에서도 세계적인 반열에 올라 있다. 이후 2020년 올해에는 국회의 노력으로 수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률(약칭 : 수소법)’이 최초로 제정이 되었고, 후속 조치로 수소경제위원회가 출범을 했다. 수소경제위원회는 수소경제 이행과 관련된 주요 정책 및 계획에 관한 사항들을 심의하는 국무총리소속의 위원회이며, 국무총리가 위원장이 된다.

 

수소경제를 이야기하면서 왜 하필 수소인가에 대한 궁금증이 생길 것이다. 현재 에너지원으로 쓰이는 것이 석유, 메탄가스 등 전통적인 에너지들은 탄화수소로서 탄소화합물을 중심으로 이루어져 있어서 이산화탄소 배출이 심하다. 그래서 지구온난화 등의 문제가 발생하고 있고, 이 문제를 해결하기 위해 탈()탄소화하는 방향으로 에너지원을 찾게 되었는데 탄소가 나오지 않는 물질이 바로 수소라고 할 수 있다. 수소는 자연계의 75%를 차지하는 물질이다. 그리고 수소의 성격은 에너지원으로 환원이 되면 전기와 물 말고는 다른 것들이 발생하지 않는다.

 

따라서 수소는 청정연료로서의 기능을 가지고 있고, 자연계에 무한한 수소를 기술적으로 극복하여 활용하겠다는 것이 수소경제의 기본구상이며, 탄소가 발생하지 않아 환경문제를 줄일 수 있다는 것이 수소에너지가 가지는 강점이라고 할 수 있다.

 

. 수소 산업 응용 분야

사실 수소는 1960년대부터 사용되고 있었다. 1969년 아폴로 11호에서 연료로 쓰인 것이 수소에너지이며 비료, 마가린, 세제 등의 공정에서 수소가 쓰이고 있다. 수소는 모든 산업에서 사용되는 에너지원이며 원료라고 할 수 있다. 수소는 이산화탄소가 나오지 않는 친환경에너지이면서 동시에 에너지 저장 수단이다.

 

에너지 저장 수단이라는 말은 전기분해를 통해서 수소로 연료화하고, 수소에너지로 다시 전기를 발생시키는 방식이다. 전력을 태양광이나 풍력으로 발전하면 그 풍력 전기를 활용해서 수소를 만들어서 그것을 운송하고, 또다시 그 수소로 전기를 만들어내는 에너지 저장 수단이면서 에너지원이라고 말할 수 있다. 이렇게 수소 자체가 에너지로 쓰이기도 하지만 에너지를 저장할 수 있다는 것이 강점이다. 재생에너지가 많이 나오게 될 때 에너지를 저장할 수 있는 수단이 바로 수소이다.

 

수소 산업에 응용 분야를 살펴보면, 가령 전기차의 경우에는 부품이 1.9만 개 정도이고, 수소차에는 2.4만 개 정도가 된다. 내연기관은 3만 개 정도가 된다. 연료전지 부품수도 가정·건물용이 4천 개 정도이고, 발전용 연료전지가 약 1만 개 정도이다. 수소경제는 이러한 부분에 있어서 우리나라 연관산업을 유지하고 발전시키는데에도 도움이 될 것이다. 특히 우리나라의 경우 연료전지 생태계에서 기술력이 높은 중소·중견기업들이 대부분을 차지하고 있다.

 

따라서 이러한 중소·중견기업들이 적절히 활동할 수 있도록 지원한다면 협력기업도 성장하고, 고용 창출도 되는 효과를 가져올 수 있다. 현재 핵심이 되는 기술은 연료전지 시스템이다. 지게차, 버스, 승용차 등에서뿐만 아니라 수소 트럭이나 수소트램, 휴대용 연료전지를 통한 휴대용 기기 등에서도 수소연료전지를 통한 기술들이 개발되고 있으며, 고속철도와 선박, 비행기 등에서도 수소에너지가 확대될 것으로 기대된다.

 

. 한국, 수소경제 이행과정

2005년 정부가 친환경 수소경제 구현 마스터 플랜을 발표하면서 수소경제와 수소경제 생태계 기술 개발에 대한 관심을 기울이기 시작했고, 2015년에 수소차 공급 및 시장 활성화 계획을 통해서 자동차 연구 개발, 특히 모빌리티 중심의 연구 개발의 기초를 다지기 시작했다. 다음으로 20191월 수소경제 활성화 로드맵이 발표되었다. 수소경제 활성화 로드맵에 따르면 수소 활용 단계는 수송 및 에너지 분야 중심으로 이루어져 있고, 수송분야에서는 2040년까지 수소차 620만대 보급, 수소충전소 1,200개소 확충을 목표로 하고 있으며, 에너지 분야에서는 2040년까지 발전용 15GW, 가정·건물용 2.1GW 연료전지 공급을 목표로 하고 있다. 그리고 올해 2월에 수소경제법이 제정되었고, 수소경제위원회가 출범되었다.

 

수소경제위원회에 따르면 내년 정부의 수소경제 예산은 8,000억에 달할 전망이고, 수소산업진흥·유통·안전 등 분야에 예산투자를 확대할 계획이다. 이렇게 수소경제위원회가 출범하고, 수소 산업을 진흥하는 것, 생산·유통하는 것, 수소에 대한 안전을 책임을 지는 것으로 나누어 기관(3대전담기관)을 지정을 했다. H2KOREA는 수소산업진흥전담기관으로 지정되었다.

 

. 주요국 수소경제 현황

유럽연합(EU) 또는 독일의 경우, 재생에너지에 기반하여 수전해를 통해 그린수소 생산시설을 구축하는 것이 목표이다. 그래서 유럽연합은 2030년까지 40GW 규모를, 독일은 2040년까지 10GW 규모를 목표로 한다. 그래서 그린수소 이용 확대 및 수소 활용 분야를 확장하여 하이드로젠(Hydrogen) 그린 수소 인증 기준을 마련하고, 철강·석유화학 등 산업 분야에 그린수소를 활용하는 것을 확대하려고 한다.

 

그린수소에 대해 설명을 드리면, 수소에는 그린수소, 그레이수소, 블루수소가 있다. 그린수소는 생산과정에서 이산화탄소가 전혀 배출되지 않는 것을 말한다. , 전기로 수전해를 하여 수소와 산소를 떼어내면서 수소는 취하고 산소는 배출하는 것을 말한다. 그레이수소라는 것은 각종 개질에 들어 있는 수소를 떼어내는 작업을 할 때 기존에 있던 이산화탄소가 배출되는 것을 말한다. 블루수소는 개념이 약간 복잡하긴 하지만, 간단하게 설명하자면 그레이수소에서 수소 이외에 배출되는 이산화탄소성분을 환경에 영향을 미치지 않도록 하는 것을 말한다.

 

호주의 경우에는 그린수소를 통해 아시아 시장에서 수소 수출국이 되기 위해 노력하고 있고, 미국의 경우 수소 차량을 승용차 SUV, 트럭으로 다변화시키고, 연료전지를 발전시키고, 전 분야에서의 기술확보 및 경쟁력을 제고시키기 위해 노력하고 있다. 사우디아라비아나 UAE의 경우에 재생에너지를 이용해서 그린수소 생산시설을 구축하고 저가 수전해 수소를 생산하려고 노력하고 있다.

 

. 수소에너지를 통한 그린뉴딜

한국형 뉴딜은 디지털뉴딜과 그린뉴딜로 구분할 수 있다. 세계적으로 기후변화에 대한 대응이 강화될 것으로 본다. 얼마 전에 치러진 미국 대선에서 바이든이 당선되면서 파리기후변화협약에 다시 복귀하겠다고 선언을 한 것도 그러한 내용으로 볼 수 있다. 이러한 세계적 흐름에 발맞춰 탈 탄소가 경쟁력을 갖는 시대가 되고 있다.

 

국내적으로는 정부가 그린뉴딜을 통해 재생에너지 3020 목표를 달성하기 위한 모멘텀을 확보하겠다는 것이고, 재생에너지 3020 목표를 달성하기 위해서 수소생산, 저장, 유통, 사용 등 수소 산업 전 주기에 대한 원천기술개발을 지원하겠다는 것이다. 또 수소 소재·부품·장비 R&D를 집중 지원하고, 수소차 성능개선에 투자하여 기술개발을 지원한다. 또한, 수소전문기업을 육성하려고 한다. 2025년까지 6개의 수소 시범도시를 조성하는 것을 계획하고 있고, 2022년까지 울산, 전주·완주, 안산이 선정되었고, 2025년까지 3개의 도시를 추가 조성할 계획에 있다.

 

 

토의

 

 

최영기 : 수소경제는 정부가 정책적으로 추진하는 미래산업으로 이해된다. 그러나 이를 주도하는 기업은 현대자동차 외에 잘 생각이 나지 않는다. 민간부문에서 어떤 다른 사업자가 있는지 궁금하다.

 

 

이승훈 : 우선 수소경제에서 가장 핵심적인 기술이 두 가지가 있다. 먼저 에너지를 전환하는 기술이다. 이것이 발제에서 설명해 드린 연료전지이고, 또 수전해 장치가 있다. 전기를 수소로 전환하는 것이 수전해이고, 수소를 전기로 전환하는 기술이 연료전지 기술이다. 현대자동차는 세계 일류의 연료전지발전 기술을 확보하고 있고, 넥쏘의 경우 국산화 비율이 99퍼센트에 달한다. 넥쏘의 부품들의 대부분을 국내 기업들이 제조하고 있고, 수소 차량과 관련된 부품기업만 100개 정도에 달한다.

 

최영기 : 현재 수소에너지와 관련하여, 수소에너지의 치명적 약점이 수소 분해를 할 때 에너지가 많이 들어가기 때문에 탄소 배출량이 실제로는 적지가 않다는 비판이 있다. 수소에너지를 사용할 때는 탄소가 배출되지 않지만, 수소를 만드는 과정에서 탄소가 배출된다는 비판이 있는데 이에 대해 말씀을 부탁드린다.

 

김성복 : 현재 그린수소를 생산하는 경우는 재생에너지, 즉 풍력, 태양광 등을 사용하는 경우이다. 여기에서는 이산화탄소가 발생하지 않는다. 그러나 메탄을 개질하는 경우에는 이산화탄소가 배출된다. 그러나 지금 논의되고 있는 부분은 현재의 전력생산 대부분이 석탄으로 발전을 하기 때문에 전기를 가지고 수전해를 하면 이산화탄소가 배출되는 것이 아니냐는 논리인 것이다.

 

이승훈 : 추가적으로 말씀드리자면 기존 전력은 석탄 화력이 있고 천연가스화력도 있어서 이산화탄소가 배출된다. 그래서 기존 전력을 활용해서 수전해를 하면 이산화탄소가 배출되는 것이 맞다. 그러나 태양광이나 풍력에서 나오는 전력을 통해서 수전해를 하면 이산화탄소는 전혀 배출되지 않는다. 그래서 정치권에서 그린수소 이야기를 많이 하는 이유가 이산화탄소가 배출되지 않아야 기후변화에 대응할 수 있기 때문이다.

 

 

정우식 : 현재 수소를 수입하고 있다고 들었는데, 수소를 수입하는 것은 수소경제 선도국가로 도약하는 데 걸림돌이 되는 것이 아닌가 하는 생각이 든다. 이 부분에 대해서도 말씀을 부탁드린다.

 

이승훈 : 우리나라의 경우 땅이 넓지 않아서 태양광이나 풍력발전소를 많이 둘 수가 없다. 그린수소를 국내에서 얼마나 생산할 수 있는지는 아직 계산이 되지 않았지만, 국내에서 생산할 수 있는 그린수소는 국내에서 생산을 하고, 부족분은 사우디아라비아나 호주에서 수입을 하는 것도 하나의 방법이 될 수 있을 것이다.

 

정우식 : 수소경제도 우리가 선도한다고는 하지만 기술표준들이 우리나라를 중심으로 만들어질 수 있는지 의문이다.

 

이승훈 : 전 세계에서 표준을 주도를 하려면 데이터가 있어야 한다. 실증을 하거나 시장이 커져서 데이터를 받거나 해야 하는데, 현재로서는 우리나라가 시장이 커질 가능성이 가장 높다. 그 말은 데이터가 축적될 가능성이 가장 크다는 말이다. 그것을 기반으로 해서 표준을 주도해서 나갈 수 있는 것이다.

 

최영기 : 우리나라와 일본이 비교적 앞서 나가고 있다고 평가받고 있는 것 같다.

 

 

박상병 : 과거 강릉에서 수소저장 탱크가 폭발하여 논란이 많았었는데 수소에너지와 관련하여 안전 문제에 대해서도 말씀을 부탁드린다.

 

이승훈 : 강릉 사고는 결론적으로 보면 인재(人災)였다. 시스템을 개발할 때 개발자가 시스템에 넣어야 할 필터를 설치하지 않아서 필터 안에서 고순도수소와 산소가 같이 저장되었었다. 이 시스템은 본래 중간에 필터가 있어서 산소를 제거해주었어야 했는데, 이 필터를 설치하지 않았던 것이다. 그로 인해 산소와 수소가 같이 저장되었고 이것이 점화가 되면서 폭굉(detonation)이 발생한 것이다. 이 사고는 저장 탱크의 문제는 아니었다. 저장 탱크는 안전밸브도 있고 충분한 압력을 견딜 수 있게 설계가 되어 있었다. 문제는 설계 당시에 중간에 필터를 넣지 않았던 것이었고, 사람의 전문성이 결여되어 발생한 문제라고 할 수 있을 것 같다.

 

 

박정희 : 수소의 위험성과 관련하여, 수소에너지 사고의 위험성이 낮은 것인지에 대해 알고 싶다. 발제 자료에 나온 세계 최고 수준의 수소경제 선도국가로 도약을 위한 로드맵에서 20302040에서의 목표치의 근거가 무엇인지 궁금하다.

 

이승훈 : 폭굉은 항상 발생하는 것이 아니고, 일반적으로 충전소에는 산소가 유입될 위험성이 없다. LPG가 처음 도입될 때에도 사고가 자주 났었다. 에너지가 바뀔 때마다 사고들이 발생하는데, 이러한 사고들이 발생하지 않게 하기 위한 제도적 안전장치들이 강화되어야 한다는 말씀을 드리고 싶다. 두 번째로 로드맵의 목표치의 근거에 대해서, 사실 이것은 일본의 로드맵과 유사한데, 가령, 목표를 정할 때 시뮬레이션해보면서 국내에서 소비된 전체 에너지 총량과 대비하여 계산을 할 수 있을 것이다. 물론 그것이 예측하기가 쉽지 않은 것이 사실이다. 하지만 산업의 성장을 보면 일정 단계를 지나면 고속성장을 하는 경향이 있어서 그런 부분도 반영이 되었다고 보면 될 것 같다.

 

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