IV. 인천시 수소산업 육성 마스터플랜 수립
1. 수소산업 생태계 육성방안
(1) 수소생산
수소경제 활성화 로드맵에 따라 수소 활용산업이 육성·확대되면 파생수요 로서 수소 자체에 대한 수요가 확대되며, 자연스럽게 에너지 부문을 중심으 로 수소시장의 규모도 커지게 될 것으로 전망된다. 현재 수소차와 연료전지 등 수소 활용산업에서 창출되는 수소수요는 연간 13만톤 정도이지만, 로드 맵대로 수소 활용산업이 성장할 경우 2022년에는 연간 47만톤, 2030년에 는 194만톤에서 2040년에는 526만톤까지 확대된다.29)
구분 ‘18년 ‘22년 ‘30년 ‘50년
공급량
(=수요량) 13만톤/년 47만톤/년 194만톤/년 526만톤/년 이상
공급방식 ① 부생수소(1%)
② 추출수소(99%)
① 부생수소
② 추출수소
③ 수전해
① 부생수소
② 추출수소
③ 수전해
④ 해외생산
* 추출수소(50%), 나머지(50%)
① 부생수소
② 추출수소
③ 수전해
④ 해외생산
* 추출수소(30%), 나머지(70%) 자료: 수소경제 활성화 로드맵, 2019
[표 Ⅳ-3] 수소 공급 확대 로드맵
수소 수요 확대에 따라, 수소 생산단가가 가장 저렴한 생산방식(기술)부터 수요를 충족시키기 위한 공급이 이루어져야한다. 수소생산 방식별 생산비 용(생산단가)은 2018년 기준 부생수소 방식이 수소 1kg당 2,000원 미만으 로 가장 저렴하며, 천연가스 추출방식은 2,700~5,100원 수준, 수전해 방식 은 최소 9,000~10,000원 수준이다.
구분 ‘18년 ‘22년 ‘30년 ‘50년 부생수소 1,500 ~ 2,000원 1,500 ~ 2,000원 1,500 ~ 2,000원 1,500 ~ 2,000원 추출수소 2,700 ~ 5,100원 2,600 ~ 4,800원 2,500 ~ 4,300원 2,400 ~ 3,900원
수전해 9,000 ~ 10,000원 7,000 ~ 8,000원 3,000원 2,000원
수입 - - 3,000원 2,000원
자료: 수소경제 활성화 로드맵, 2019 [표 Ⅳ-4] 수소방식별 생산비용 전망
수소수요가 충분치 않은 초기에는 천연가스 추출수소를 핵심 공급원으로 삼아 LNG 공급망, 수요처 인근 등에 규모별 수소생산기지를 구축해 나갈 예정이지만, 추가적으로 제한적인 친환경 수소생산 여력을 감안하여 2030 년부터는 해외 재생에너지, 갈탄 등을 활용하여 생산된 친환경 수소를 수입 하여 부족분을 보충함으로써 2040년에는 전체 수소수요량의 70%를 이상 화탄소가 발생하지 않는 친환경 수소로 공급할 계획이다.
수소생산방식에 따른 장단점
부생수소는 특성상 생산가격이 저렴하다는 장점이 있으나, 석유화학단지 (울산, 여수, 대산)의 공정전환 없이는 추가적으로 대량 공급이 어렵다는 단 점이 있다. 추출수소는 이미 구축된 천연가스 공급망과 연계할 수 있는 잠 재력이 있으나 기술력 부족으로 초기 단계의 소형추출기 정도를 활용할 수 있으며 대량 생산을 위해서는 필수적인 대형 추출기 기술 확보가 절실하다.
그리고 수전해 기술은 선진국에 비해 대규모 재생에너지 단지가 부족하여 재생에너지를 활용하는데 한계가 있으며, 아직 수전해 기술개발 및 실증·상 용화 기술 확보도 지연되고 있다. 장기적으로 재생에너지 연계 대규모 수전 해 방식(P2G)이 필요하나 국내기업의 기술경쟁력이 선진국 대비 미흡한 상 황이다.
가. 부생수소 1) 배경 및 현황
1)초기 : 부생, 추출 2)중기 : 수전해, 해외생산
3)장기 : 수전해, 해외생산·수입
수소경제 활성화 로드맵에서는 주요 수소 생산방식을 부생수소, 추출수소, 수전해, 해외생산 등 4가지로 구분해 제시했으며, 초기에는 부생수소와 추 출수소, 중기에는 수전해 및 해외생산, 장기로는 수전해, 해외생산·수입 등 그린수소 확대 연계에 걸친 계획을 수립하였다.
수소경제 이행 초기단계에서는 부생수소 및 추출수소 등 그레이 수소(Grey Hydrogen)를 통해 수소를 충당할 계획이며 이를 위해 천연가스 공급망과
수요처 인근에 수소생산기지를 확대 구축하기로 했다.
향후 대규모 태양광·풍력 발전과 연계한 수전해를 통해 수소를 대량생산하 고 안정적인 수소 수급과 가격 안정을 위해 해외 생산 수소를 도입함으로 써 그린수소(Green Hydrogen)로 생산 패러다임을 전환하겠다고 밝혔다.
구분 현재 2022년 2030년 2040년
구성
① 부생수소
② 추출수소
① 부생수소
② 추출수소
③ 수전해
① 부생수소
② 추출수소
③ 수전해
④ 해외생산
※ ①+③+④=50%
②=50%
① 부생수소
② 추출수소
③ 수전해
④ 해외생산
※ ①+③+④=70%
②=30%
- 수도권 인근
대규모 생산
해외생산 수소 활용
CO₂ free 수소 대량 도입
공급 13만톤/년 47만톤/년 194만톤/년 526만톤/년
자료 : 수소경제 활성화 로드맵(2019)
[표 Ⅳ-5] 국내 수소 생산 구성 및 공급 목표
석유화학공장에서 원료 생산 중 발생하는 수소 부산물이 부생수소
석유화학공장에서 나프타를 분해하여 에틸렌, 프로필렌 등 석유화학제품의 기초 원료를 만드는 과정 중 발생하는 수소 부산물을 부생수소라고 한다.
기존의 에너지 산업 체제를 유지하면서 발생하는 수소를 한 번 더 활용하 는 방식으로 현재 국내에서 가장 많이 사용하는 방법이다.
국내에서 발생하는 부생수소는 주로 석유 및 화학업체로부터 생산되고 있 으며, 연간 생산량 164만톤 (수소전기차를 연간 820만 대 운행할 수 있는 양) 중 대부분은 석유 및 화학업체가 자가소비하고 약 23만 톤만 외부로 유 통되고 있다.
[표 Ⅳ-6]에서 나타난 바와 같이 수소는 울산, 여수, 대산지역 등에서 생산 된다.
구분 생산량 (ton/년)
비율 (%)
외부유통 (ton/년)
비율 (%)
울산지역 816,167 49.7 95,883 42.0
여수지역 554,862 33.6 96,627 42.4
대산지역 180,666 11.0 31,126 13.6
기타지역 91,755 5.6 4,466 2.0
합계 1,643,452 100.0 228,102 100.0
자료 : 한국수소산업협회 내부자료
* 생산량은 연평균 가동시간 8,000시간 가정 [표 Ⅳ-6] 국내 수소생산 현황
국내의 주요 수소생산업체는 덕양, SPG, 에어리퀴드, SDG, 등이 있으며, 국 내 주요 수소생산 업체의 부생수소 생산능력은 다음과 같다.
구분 생산량
(m³/hr)
생산량 (만톤)
점유율 (%)
덕양 9,600 0.75 37.0%
SPG케미칼 6,500 0.51 25.0%
창신화학 5,200 0.41 20.0%
SDG 3,150 0.25 12.0%
에어리퀴드 1,000 0.08 4.0%
린데 300 0.02 1.0%
합계 25,750 2.01 100.0%
자료 : 수소경제 활성화 로드맵 수립 연구보고서(2019)
[표 Ⅳ-7] 국내 주요 수소생산 업체의 부생수소 생산 능력
외부 유통량과 확보 가능한 부생수소로 수소공급 계획 발표
정부는 현재 외부 유통량인 23만 톤과 석유화학 공정 가동률을 높임으로써 확보 가능한 약 5만 톤을 국내 수소경제 활성화를 위한 수소로 공급 할 계 획이다.
그러나, 부생수소 공급 가능 지역은 해안선(당진, 울산 등)을 따라 U자형으 로 분포하고 이에 일부 내륙지역에는 수소 공급 공백지역이 발생하고 있는 상황이다.
2) 추진 계획 및 단계별 보급(안)
인천지역에서 생산되는 부생수소는 연간 50,000톤 정도로 수소차 약 300,000대의 차량을 1년간 운행할 수 있는 물량이다. 부생수소는 수소경제 초기 수소 수요량 대응을 위한 가장 경제적인 대안으로 사용할 수 있다.
수소경제 활성화를 위한 “수소 인프라 및 충전소 구축방안”에 따르면, 정부 는 수도권 부생수소 생산지에서 수도권 수소 활용지까지의 공급을 위한 배 관망 & 수소유통허브 구축 계획을 추진 중이며, 인천이 수도권의 수소공급 지로 떠오르고 있다.
자료 : 수소경제 활성화를 위한 수소 인프라 및 충전소 구축 방안(‘19.10) [그림 Ⅳ-2] 수소파이프라인 구축 개요
인천시에서 생산되는 부생수소를 수도권에 공급 예정(정부계획)
정부는 인천시에서 생산되는 부생수소(SK인천석유화학)를 활용하여 수소유 통허브 및 파이프라인을 구축하여 수도권의 부족한 수소를 공급한다고 발 표하였다.
향후, 수도권 내 수소가 필요 없을 시에는 ① SK인천석유화학에서 중부발 전 내 유휴부지까지 배관망을 연결 후 부생수소 출하센터 구축, ② SK인천 석유화학에서 중부발전 유휴부지까지 배관망을 연결 후 압축 저장하여 액 화수소플랜트를 건설하여 인천 내 수소를 공급할 수 있다.
자료 : 수소 생산클러스터 구축 사업 발표자료
[그림 Ⅳ-3] 중부발전 내 부생수소 출하센터 구축(안)
중부발전 내 유휴부지를 활용한 부생수소 출하센터 구축
- 향후 액화플랜트와의 연계 고려
한국중부발전 내 유휴부지를 활용하여 부생수소 출하센터를 구축하고 SK 인천석유화학에서 생산되는 수소는 수소배관을 설치(약 4km)하여 공급한 다. 초기에는 부생수소 출하센터에서 튜브트레일러(T/T)를 통해 직접 이송 하며, 향후 액화플랜트 구축을 통해 액화수소 탱크로리를 활용한 수소 공급 이 가능하다.
SK인천석유화학에서 생산되는 부생수소를 바탕으로 산정한 단계별 보급 (안)은 다음과 같다.
구분 1단계(‘21~’23년) 2단계(‘24~’26년) 3단계(‘27~’30년) 수소생산량 10,000Ton/년 30,000Ton/년 50,000Ton/년 [표 Ⅳ-8] 부생수소 단계별 보급(안)
나. 추출수소 1) 배경 및 현황
수소생산의 96%가 추출수소 생산방식
현재 글로벌 수소 생산의 약 96%30)가 추출수소 생산방식으로 생산되고 있 다.31) 수증기 개질 및 가스화(추출수소 생산방식)를 통한 수소 생산은 저렴 한 비용으로 대량생산이 가능하고, 다른 수소 생산방식에 비해 안정적이다.
자료: 한국수소산업협회, NH 투자증권 리서치 본부 [그림 Ⅳ-4] 전 세계 수소 생산 방식
수소 생산비용의 측면에서 보면, 상대적으로 제철소 및 정유공장에서 발생 하는 부생가스가 가장 저렴하지만 공급량에 한계가 있어서, 현실적으로는 LNG, LPG 등의 개질로 추출하는 생산방식이 가장 경제적인 대안이라 볼 수 있다.
30) 수소경제의 경제적·기술적 이슈, (2019.5.1), 포스코경영연구원
구분 대형 개질기 중형 개질기 소형 개질기
용도
§ 수소플랜트(NH₃ 및 정유공정) GTL 및 메탄올 플랜트
§ 중-대형 연료전지 발전 수소충전소
§ 가정용 및 소규모 연료전지 발전 이동형 전력, APU
규모 § 1,000~수백만 Nm³/hr § 100~1,000 Nm³/hr (50~2,000 kg/day)
§ 1 ~ 50 Nm³/hr(1 ~ 50kW)
주요특징 § 단일관형 Reactor
§ 고온, 고압운전
§ 단일관형, 이중관형 Reactor
§ 중압운전
§ 단일 구조 이중관형 Reactor
§ WGS 일체형
§ 저압운전
공급방식 § 별도의 HP Steam Boiler 사용
§ 자체 폐열 회수를 사용한 소형 Steam Generator 사용
§ 개질기 뿐만 아니라 주변장치의 공간이 제약되어 있기 때문에 장치의 모듈화 및 단순 설계 필요
촉매계 Ni Ru, Pt, Ni
개질연료 NG, LPG, Naphtha NG, LPG NG, LPG, MeOH,
Kerosene, Diesel, Toluene
개질방식 Steam Reforming
Steam Reforming, Auto-thermal Reforming,
Partial Oxidation 자료 : 수소경제 활성화 로드맵 수립 연구보고서(2019)
[표 Ⅳ-9] 규모에 따른 개질기 특징
천연가스 공급망에 대규모·거점형 수소생산기지 구축 필요성 대두
더욱이 정부의 수소경제 활성화 로드맵에 따르면, 초기 수소경제 이행의 핵 심 공급원으로 추출수소를 활용하고, 천연가스 공급망에 대규모·거점형 수 소생산기지를 구축해야 한다고 발표한 바 있다.
인천광역시는 다양한 수소를 생산할 수 있는 여건이 확보되어 있으나, 수소 산업 확장을 위해서는 수소생산기지 구축이 필수적이다.
LNG 터미널을 통한 대량의 추출수소 생산 가능
인천 송도에 LNG 인수기지(한국가스공사 인천기지본부)가 있어 해당 인프 라를 활용해 천연가스 기반 추출수소를 생산할 수 있다. 도시가스 배관이 연결된 곳에 소규모 개질기를 설치하여 현지에서 수소를 생산하여 공급하 는 On-Site(현장생산방식) 수소생산 시스템 및 대규모 개질기를 설치함으 로써 거점형 수소생산기지를 구축한 후 생산된 수소를 튜브트레일러나 파 이프라인으로 이송해 공급하는 Off-Site(중앙집중방식) 수소생산 시스템도 전략이 될 수 있다.