수소경제의 비전과 로드맵

2.1. 국가비전의 제시

본 연구에서 추구하는 수소경제의 비전이 [그림 1]에 실려 있다. 간단히 설명하 자면, 우선, 4단계가 시작되는 2040년을 수소경제 실현의 목표 연도(target year)로 삼고 그때까지 최종에너지 중 수소가 차지하는 비중을 15%로 설정하였다.¹⁾ 이러 한 목표를 달성하기 위한 연료전지의 보급은 수송부문이 에너지소비의 54%, 발전

1) 모든 선진국은 수소가 총 에너지소비에서 차지하는 비중을 설정하지 않고 있다. 수소경 제를 제일 먼저 주창했고 가장 앞서가는 미국을 보도라도 2030년에 가서야 수소에너지 비중을 약 10%로 한다는 목표를 발표한 바 있다.(DOE, 2002. A National Vision of America's Transition to a Hydrogen Economy - to 2030 and Beyond.). 대부분의 경우 단계별로 부문별 연료전지의 보급목표를 설정하고 이에 필요한 수소수요량을 산정하는 수준에 그친다.

과 가정부문에서의 전력수요 중 각각 22%와 23%를 차지하는 것으로 부문별 목 표를 설정하였다. 이렇게 하였을 때 1차에너지소비의 저감은 물론 에너지믹스도 지속가능한 것으로 변화한다. 즉, 석유와 천연가스 소비가 상당부분 줄어들고 석 탄도 약간 줄어드는 반면 신‧재생에너지는 대폭적으로 늘어나는 것으로 나타났 다.

수소경제의 실현으로 얻게 되는 기타 경제 및 환경 편익으로서는 에너지소비저 감과 지속가능한 에너지믹스로의 변화로 기준전망(BaU)대비 CO2 저감도 20%에 이르며 원유수입 절감에 따른 무역수지 개선, 신성장동력산업 정착에 따른 정의 산업파급효과와 함께 에너지자립도도 23% 높아져 에너지안보 제고에도 크게 기 여하는 것으로 나타났다. 수소경제의 조기실현을 효율적으로 추진하기 위해서는 세 가지 핵심전략이 필요하다. 즉, 연료전지 및 수소제조, 저장, 운반 관련 핵심기 술 개발 및 산업화와 함께, 연료전지와 수소제조기술의 경제적 기술적 사회적 타 당성을 고려한 차별화된 보급, 그리고 법령과 조직, 표준화, 안전 등의 법제도 및 인적 인프라구축이 시급히 요청된다.

[그림 2] 수소경제 국가비전

2.2. 수소경제 실현을 위한 로드맵

앞서 제시된 수소경제 국가비전의 실현을 위해서는 잘 디자인된 기술 및 정책 로드맵이 요구된다. 로드맵에서는 연료전지 및 수소의 제조저장운반 등 전반에 걸친 기술개발 및 인프라, 보급 및 산업화 전략 등이 반영된다.

수출 및 세계시장 공략지원 기술개발단계

2010 2020 2030 2040

제 인적지원 도 및 정 책

수 소 제 조

수 소 저 장 공 급

석탄, 원자력…..신 재생에너지 천연가스, 여유전력, 부생가스

고압압축저장 등 조기상용기술개발[350→700bar]

액화저장 등 기술개발[10,000L/hr]

탄소나노튜브 등 신기술 확보[12-15 Hwt/%]

ON-SITE (수소스테이션)의 단계적 확충 + OFF-SITE 병행 구축 [ 2020년 2,800 개소 → 2040년 9,500개소]

기반 강화

도입단계 상용화단계

초기시장 형성전략 [보조, 발전차액,….]

제도

정비 국제협력강화 및 교육/홍보…….

법령 및 지원조직(수소경제센타) 정비, 안전/ 표준화 및 공용화…..

인적자원관리체제(HRM) 확립 [글로벌 인력네트워크 구축]

+ 인력 저변 확대 [해외 인력의 과감한 도입]

기존 인력의 고도화 [양적 확대, 질적 혁신]

2020년 도입목표 총 수소량중 신 재생에너지비중 22%

2040년 도입목표 총 수소량중 신 재생에너지비중 60%

수소 이용 (연료전지)

2020년 도입목표 연료전지 차량 195만대

발전용 연료전지 2GW 가정용 연료전지 75만대

2040년 도입목표 연료전지 차량 1,250만대

발전용 연료전지 17GW 가정용 연료전지 350만대 저가화, 고효율화, 내구성 향상을 위한 지속적인 Up-Grade

핵심기술 R&D 및 실증 수출 및 세계시장

공략지원 기술개발단계

2010 2020 2030 2040

제 인적지원 도 및 정 책

수 소 제 조

수 소 저 장 공 급

석탄, 원자력…..신 재생에너지 천연가스, 여유전력, 부생가스

고압압축저장 등 조기상용기술개발[350→700bar]

액화저장 등 기술개발[10,000L/hr]

탄소나노튜브 등 신기술 확보[12-15 Hwt/%]

ON-SITE (수소스테이션)의 단계적 확충 + OFF-SITE 병행 구축 [ 2020년 2,800 개소 → 2040년 9,500개소]

기반 강화

도입단계 상용화단계

초기시장 형성전략 [보조, 발전차액,….]

제도

정비 국제협력강화 및 교육/홍보…….

법령 및 지원조직(수소경제센타) 정비, 안전/ 표준화 및 공용화…..

인적자원관리체제(HRM) 확립 [글로벌 인력네트워크 구축]

+ 인력 저변 확대 [해외 인력의 과감한 도입]

기존 인력의 고도화 [양적 확대, 질적 혁신]

2020년 도입목표 총 수소량중 신 재생에너지비중 22%

2040년 도입목표 총 수소량중 신 재생에너지비중 60%

수소 이용 (연료전지)

2020년 도입목표 연료전지 차량 195만대

발전용 연료전지 2GW 가정용 연료전지 75만대

2040년 도입목표 연료전지 차량 1,250만대

발전용 연료전지 17GW 가정용 연료전지 350만대 저가화, 고효율화, 내구성 향상을 위한 지속적인 Up-Grade

핵심기술 R&D 및 실증

[그림 3] 수소경제 실현을 위한 장기 로드맵

2.2.1. 연료전지 개발 및 산업화 전략

현재 전 세계적으로 볼 때, 대표적인 수소이용기술인 연료전지에 대한 개발경 쟁이 본격화는 되고 있으나, 가정용 등 일부를 제외하고는 아직 상용화단계에는 접어들지 못한 채, 실증연구가 진행 중이다.²⁾ 이러한 관점에서 볼 때, 상용화까지 는 아직 6-7년의 시간적 여유가 있으므로 집중투자시 후발주자인 우리나라도 경

쟁력 확보가능성은 충분하다. 따라서 핵심분야에 대한 전략적 기술개발을 통해 저가 양산화의 기반을 마련하는 것이 무엇보다도 중요하다.

분야별 전략방향을 보면, 수송용 연료전지에 대해서는 핵심기술인 스택기술의 조기확보를 통한 완전국산화를 실현하고, 가정용에 대해서는 실증연구를 통한 신 뢰성 및 내구성을 확보하면서 수명을 연장하고 저가 고성능화를 유도하고, 발정 용에 대해서는 플랜트 수출을 겨냥한 대형화기술 개발에 주력하고, 휴대용은 경 박단소화 및 고성능화 기술개발에 주력한다.

2.2.2. 연료전지 산업화 지원을 위한 수소제조 전략

진정한 의미에서 수소경제를 실현하기 위해서는 지속가능한 에너지원인 신‧재 생에너지를 사용한 수소제조가 주가 되어야 한다. 그러나 신‧재생에너지원이 현 재로서는 경제성이 미흡함으로 단기적으로는 경제성이 좋은 천연가스 등 화석연 료를 이용하여 수소를 제조하도록 하고, 장기적으로는 자원량의 한계와 국제적인 환경규제의 강화로 인해 2020년을 전후하여 신‧재생에너지가 화석연료대비 경쟁 력을 확보할 것으로 전망됨에 따라 광촉매와 생물분해 등 신‧재생에너지에 의한 수소제조를 확대하도록 한다(DOE, 2004; NREL, 2004)). 한편, 선진국에서는 풍부 한 자원량을 가진 석탄을 이용한 수소제조와 원자력을 이용한 수소제조 방안도 고려하는 것이 바람직하다(NRC & NAS, 2005).

2) 마이크로 CHP로서 가정용 연료전지를 대대적으로 보급하고 하는 일본의 경우 1-3kW 급 가정용 연료전지의 경우 설비단가가 아직 수천만원에 이르러 일본정부는 금년(2005 년)부터 가정용 연료전지 400대 시범보급사업을 착수하였다.

제조원 1단계 2단계 3단계 4단계 수소량 비중(%) 수소량 비중(%) 수소량 비중(%) 수소량 비중(%)

석탄 0 0 64 5 562 17 1,585 21

LNG 25 63 668 52 793 24 905 12

신재생 3 7 283 22 1,388 42 4,526 60

부생가스 6 16 116 9 198 6 226 3

유휴전력 6 14 154 12 364 11 302 4

원자력 0 0 0 0 0 0 0 0

계 40 100 1,285 100 3,305 100 7,543 100

<표 1> 수소제조원별 비중 및 절대량

(단위: %, 천톤 H2)

2.2.3. 수소저장 및 공급 전략

수소저장은 수소경제 실현을 위한 아킬레스건으로 전문가들은 비용효과적인 신 기술이 출현하지 않으면 수소경제도 없다는 견해를 표명하고 있다(Rosenber, 2002). 수소저장의 경우 현재 전체무게 대비 수소저장 능력이 2-3% 정도에 불과 한데 경제성을 갖추기 위해서는 적어도 7% 수준에 이르러야 한다. 따라서 단기적 으로는 상용단계에 진입한 고압압축기술을 최대한 활용하고, 중장기적으로는 신 기술의 개발에 주력해야 할 것이다. 또한 수소 공급방식은 크게 제조저장일체형 (on-site)과 제조저장분리형(off-site)으로 구분된다. 인프라는 이용패턴과 경제성 등 을 감안하여 물류비용이 최소화될 수 있도록 공급인프라를 구축해야 할 것이다.

본 연구에서는 2040년까지 제조저장일체형으로서 수소스테이션 9,500여기를 건설 하여 총 900천톤의 수소를 공급하도록 하고, 제조저장분리형으로서 대형수소제조 공장을 80여개 건설하여 총 6,600천톤의 수소를 공급하도록 하였다.

구 분 2012년 2020년 2030년 2040년 제조저장일체형

(On-Site)

생산량(천톤) 25 650 800 900

설비(기) 175 3,000 7,000 9,500

제조저장분리형 (Off-Site)

생산량(천톤) 15 600 2,500 6,600

설비(기) n.a. 11 n.a. 80

주: 수소스테이션(on-site)의 설비규모는 초기에는 30㎥/hr에서 장기적으로 252㎥/hr로 확대

<표 2> 단계별 설비구축 목표