25 [표 1] 탄소경제와 수소경제 비교
Future Horizon Focus l 미래연구 포커스 : 과학기술의 미래, 어떻게 전망할까?
24
수소경제 주요 계획과 미래 전망
배용호 과학기술정책연구원 선임연구위원
1. 들어가는 말
최근 수소전기차의 점진적 보급 확대, 분산형 에너지 수 급체계의 핵심이라 할 수 있는 수소연료전지 발전소 설 치 등을 통해 아직 먼 미래의 일이었던 수소경제가 이제 우리에게 그 모습을 드러내고 있다. 이에 정부는 2019 년 1월 “우리나라가 강점이 있는 ‘수소차’와 ‘연료전지’
를 양대 축으로 수소경제를 선도할 수 있는 산업생태계 구축”을 목표로 하는 「수소경제 활성화 로드맵」을 발표 하였다. 2005년 「“친환경 수소경제” 구현을 위한 마스 터플랜」 발표 이후 다시 수소경제 활성화를 통해 자원 보유국으로의 전환과 더불어 지구 온난화에 따른 환경 문제를 동시에 달성하겠다는 의지를 밝힌 것이다.
여기서는 언론 및 여러 문헌에서 이미 많이 소개되어 있 지만 정부가 그리고 있는 미래 수소경제의 비전 및 목표 를 살펴보고, 수소경제의 미래를 전망하고자 한다. 수소 경제의 미래 전망에서는 미래를 비관적으로 전망하게 만드는 요인과 낙관적으로 전망하게 만드는 요인을 살 펴본다. 하지만 이에 앞서 2005년 수소경제 로드맵에서 그린 2020년 미래의 수소경제의 모습과 목표 달성 정도 및 미달 원인을 살펴볼 것이다. 이는 향후 수소경제로의
이행을 위한 정책 추진과정에서 우리가 유념해야 할 것 은 무엇인지 알려주는 좋은 사례이기 때문이다.
2. 2005 수소경제 로드맵에서 그린 2020년 미래 의 수소경제
수소경제는 “수소를 생산하고, 생산된 수소를 운반하고 저장하는 인프라를 구축하고, 수소를 직접 연소하거나 연료전지를 이용하여 전력을 생산하여 이를 최종적으로 소비하는 에너지수급 시스템에 기반한 경제”이다.
1)에 너지 패러다임, 에너지 공급, 환경성 등의 측면에서 탄 소경제와 수소경제를 비교하고 있는 [표 1]에서 볼 수 있 듯이 수소경제는 온실가스가 지구 환경 변화에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 탄소경제와 비교하여 저탄소 경제, 궁극적으로는 탄소 배출이 없는 경제를 지향한다.
우리나라에서 수소경제 활성화와 관련한 종합 대책이 처음으로 구체화된 것은 2005년 9월 산업자원부가 발 표한 「“친환경 수소 경제” 구현을 위한 마스터플랜 -연 료전지산업 및 중장기 신・재생에너지 개발비전- 」이 다.
2)이처럼 수소경제 마스터플랜이 수립된 것은 2002
구분 탄소경제 수소경제
에너지 패러다임 탄소자원(석유, 석탄, 가스 등) 중심 탈탄소화 수소 중심
수입 의존(99%) 국내 생산으로 에너지 자립 기여
에너지 공급 대규모 투자가 필요한 중앙집중형 에너지 수급 소규모 투자로 가능한 분산형 에너지 수급 입지적 제약이 크고 주민 수용성이 낮음 입지적 제약이 적고 주민 수용성이 높음
경쟁 양상 자원개발 및 에너지 확보 경쟁 기술경쟁력 확보 및 규모의 경제 경쟁
환경성 온실가스, 대기오염물질 배출 온실가스 배출이 적어 친환경적
* CO2, NOx, SOx * 부산물 = (H2O)
자료: 관계부처 합동(2019.1), 「수소경제 활성화 로드맵」.
26 27
Future Horizon Focus l 미래연구 포커스 : 과학기술의 미래, 어떻게 전망할까?
년 미국의 부시정부가 처음으로 ‘수소경제 이행을 위한 국가 비전(National Vision of America’s Transition to a Hydrogen Economy)’을 발표하고 주요국이 수소 기술 개발을 서두른 데 따른 것이다.
3)2005년 수소경제 마스터플랜이 그린 장기 비전은 [그림 1]과 같다. 2020년 수송용 자동차의 비중은 총자동차의 8%, 차량수로는 200만대, 발전용 연료전지의 비중은 총 전력수요 비중의 7%, 가정용 연료전지의 비중은 주거전 력수요 비중의 5%를 담당하는 것으로 목표를 잡았다.
아울러 2020년 최종 에너지 중 수소의 비중은 3%, 수소 제조 중 신재생에너지의 비중은 22%를 목표로 잡았다.
그리고 목표 달성을 위해 핵심기술 개발 및 보급 확대, 수소연료전지 산업화 지원, 수소경제 제도 및 인프라 구 축 등을 추진하고자 하였다.
2019년 현재 2005년에 그린 수소경제 로드맵의 목표는 거의 실현되지 못하였다. 2020년까지 수소연료전지차 의 생산 목표는 200만대이나 2019년 10월 현재 수소차 의 누적 판매량은 3,850여대(수출 포함), 2020년 발전
[그림 1] 수소경제 조기 구현을 위한 국가비전 [그림 2] 수소경제 활성화 로드맵의 비전과 목표
자료: 산업자원부(2005.9), 「“친환경 수소 경제” 구현을 위한 마스터플랜 -연료전지산업 및 중장기 신・재생에너지 개발비전- 」. 자료: 관계부처 합동(2019.1), 「수소경제 활성화 로드맵」.
용 연료전지의 설비용량은 3,100MW이나 2019년 10 월 현재 국내 연료전지 설비용량은 375.5MW로 목표 치에 훨씬 못 미치고, 전세계 설비용량을 모두 합쳐야 1,000MW이다. 수소경제 활성화의 필수 요건이라 할 수 있는 인프라 구축과 수소 생산에서도 목표와 현실 간 의 괴리는 매우 크다. 2019년 11월말 현재 전국의 수소 충전소는 33곳이며, 목표로 했던 신재생에너지를 통한 경제성 있는 수소 생산은 아직은 갈 길이 멀다.
이처럼 수소경제 마스터플랜이 당초 목표를 달성하지
못한 원인으로는 첫째, 샌드오일, 셰일가스 등 원유추출 기술 발달로 인한 국제 유가 하락과 화석연료 중심의 에 너지믹스 체제 유지 등과 같은 에너지 전환 추진력의 부 족, 둘째, 당시 수소경제기술의 미성숙으로 인해 요원했 던 기술 실용화, 즉 수소전기차, 연료전지발전 등 활용 기술 시장 창출의 미흡과 관련 인프라의 미비, 셋째, 기 술 로드맵 실현을 위한 정부의 R&D 투자 부족 등 정부 의 적극적 정책 지원 미흡 등을 들 수 있다.
4)친환경 수소경제 강국 건설
연료전지산업 GDP 비중(%)
BAU 대비 CO2저감비중(%)
- 수송용(총 자동차 중 비중%) 8 54
- 발전용(총 전력수요 비중%) 7 22
- 가정용(주거전력수요 비중%) 5 23
최종에너지 중 수소비중(%)
- 수소제조 중 신재생비중(%) 22 60
핵심기술개발 및 보급확대
수소.연료전지 산업화 지원
수소경제 제도 및 인프라 구축
28 29
Future Horizon Focus l 미래연구 포커스 : 과학기술의 미래, 어떻게 전망할까?
3. 2019 수소경제로드맵에 나타난 2040년 수소 경제의 미래
5)수소경제 로드맵의 비전은 세계 최고수준의 수소경제 선도 국가로 도약하는 것이며, 세부 비전으로 수소전기 차・연료전지 세계시장 점유율 1위 달성, 화석연료 자원 빈국에서 그린 수소 산유국으로 진입을 제시하고 있다.
수소경제 로드맵의 목표를 세부적으로 보면, 수소차 생 산(누적)과 관련하여 2040년 수소전기차 620만대 생 산 및 수소 충전소 1,200개소 구축을 계획하고 있다. 구 체적으로는 2018년 1,800대에서 2022년 8.1만대(내 수 6.7만대), 2040년 620만대(내수 290만대)를 목표하 고 있다. 연료전지와 관련하여서는 2040년까지 발전용 연료전지 15GW(내수 8GW)를 보급할 계획이다. 보다 구체적으로 발전용 연료전지는 2018년 307.6MW에서 2022년 1.5GW(내수 1GW), 2040년 15GW(내수 8GW) 로 확대할 계획이다. 가정・건물용은 2018년 7MW에서
2022년 50MW, 2040년 2.1GW를 계획하고 있다. 그리 고 이에 필요한 수소 공급을 위해 2040년 그린수소 확대 로 공급량 526만톤/연, 가격 3,000원/kg 달성할 계획이 다. 수소생산은 2022년 이후 기존의 부생수소, 추출수소 생산방식에 더해 수전해 방식이 도입되며 2030년 이후 에는 해외에서 생산된 수소를 도입할 계획이다.
이러한 수소경제의 비전 및 목표 달성을 위한 추진 방향 으로 민・관 역할 분담을 통해 ① 수송, 에너지(전기・열) 등 수소 활용 확대로 세계시장 점유율 1위 달성, ② Grey 수소에서 Green 수소로 수소생산 패러다임 전환, ③ 안 정적이고 경제성 있는 수소 저장・운송 체계 확립, ④ 수 소산업 생태계 조성 및 전주기 안전관리 체계 확립을 제 시하고 있다. 추진전략으로는 수소경제 준비기, 확산기, 선도기로 나누어 수소경제 준비기에서는 수소산업 생태
계 조성, 제반 인프라 구축 및 법・제도적 기반 완비, 수 소경제 확산기에는 수소 이용의 비약적 확대, 대규모 수 요・공급 시스템 구축, 수소경제 선도기에는 해외 수소 생산 및 수전해 본격화, 탄소프리 수요・공급 시스템 확 립을 들고 있다. 그리고 정부는 지원 및 규제 완화, 대규 모 인프라 투자, 산업생태계 보완, 국제표준 선점 등의 역할을 수행하고 민간은 핵심기술 내재화 투자 확대, 상 업적 생산 체계 구축, 수소 비즈니스 플랫폼 구축 등의 역할을 수행하는 것으로 정부와 민간의 역할 분담을 하 고 있다. 이처럼 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 차질 없이 이행하는 경우, 명실상부한 수소경제 선도국가로 도약 하고, 2040년에는 연간 43조원의 부가가치와 42만개의 새로운 일자리를 창출하는 혁신성장의 원동력이 될 것 으로 미래 모습을 그리고 있다.
4. 수소경제의 미래 전망: 비관적 요인과 낙관적 요인 정부가 수소경제 로드맵을 발표한 이후 향후 수소경제 에 대한 전망을 둘러싸고 많은 논쟁이 있었다. 수소생산 의 경제적 비효율성, 기술적 난제 해결의 어려움 등을 이유로 수소경제를 낙관만 할 수 없다는 견해도 있었고 수소경제는 최근 지구 환경 문제에 대응하기 위한 불가 피한 선택이어서 수소경제의 미래는 밝다는 견해도 있 었다. 먼저 수소경제의 미래에 대해 낙관만 할 수 없다 는 시각은 다음과 같다.
첫째, 전기차보다 한참 낮은 에너지 효율, 높은 차량 가 격, 과다한 수소충전소 구축 비용 등의 문제에 따른 수 소전기차 시장의 불확실성 증대이다. 연료전지의 이론 열효율, 수소와 산소를 결합해 전기를 만드는 장치인 스 택의 저항, 동력의 성능을 저하시키는 발열 문제 해결을 위한 여러 장치 추가에 따른 차량무게 증가 등으로 인 해 배터리 전기차에 비해 낮은 수소전기차의 에너지 효
율을 높이는 데 한계가 있다는 것이다.
6)또한 현재 수소 전기차 넥쏘의 가격은 7,500만원 정도로 매우 고가여 서 정부 및 지자체의 보조금(구매시 최대 3,600만원) 지 원이 없다면 시장에서 경쟁력을 확보하기가 쉽지 않으 며, 수소전기차의 부품 가격이 매우 비싸 수소전기차의 단가를 쉽게 내릴 수 없다는 점이다. 더욱이 수소충전소 건설비용이 매우 높을 뿐 아니라 낮은 수익성, 인허가 지연, 주민 반발 등 각종 난제로 2019년 수소충전소 건 설 목표인 86개소 구축이 계획대로 이루어지지 못하고 있는 등 수소전기차 활성화의 전제가 되는 인프라 구축 에 차질이 빚어지고 있다는 점이다.
7)이처럼 수소전기차 의 시장 불확실성이 높아지는 경우 수소경제로의 원활 한 이행에 차질이 빚어질 수밖에 없다.
둘째, 수소 생산, 저장 및 수송, 이용 등 수소생태계를 구 성하는 기술의 경제적, 친환경적 활용을 위해서는 아직 까지 갈 길이 매우 멀다는 점이다. 현재 시점을 기준으 로 볼 때 수소경제의 도래에 맞추어 필요하게 될 대용량 의 친환경 수소생산기술, 특히 수소공급가격을 혁신적 으로 낮출 수 있는 생산기술은 현재 연구개발이 이루어 지고 있다. 수소 액화, 고체화 등 수소의 대규모 저장 및 장거리 수송에 필수적인 관련 기술도 현재 연구개발이 이루어지는 단계에 있다. 수송부문의 경우 현재 세계적 으로 수소전기차, 지게차 부문만 시장이 형성되었으며 그 외의 경우는 대부분 연구개발과 실증단계에 머무르 고 있다. 개발된 기술이 본격적으로 활용되기 위해서는 아직도 많은 시간이 소요될 것으로 보인다.
셋째, 수소의 안전성 확보와 주민 수용성의 문제이다.
2019년 5월 강릉에서 일어난 수소탱크 폭발 사고 및 6
월 노르웨이에서 발생한 수소충전소 폭발 사고로 인해
수소의 안전성에 빨간불이 켜졌다. 미국화학공학회, 한
국산업안전공단 등은 자연발화온도, 연료독성, 불꽃 온
30 31
Future Horizon Focus l 미래연구 포커스 : 과학기술의 미래, 어떻게 전망할까?
도, 연소속도 등을 종합한 수소의 상대적 위험도를 1로 볼 때 도시가스는 1.03, LPG는 1.22, 가솔린은 1.44로 수소를 보다 안전한 에너지로 평가하고 있으나,
8)폭발 사고로 인해 수소의 안전성에 대한 우려가 높아지기 시 작한 것이다. 이러한 수소의 안전성에 대한 우려로 인해 수소경제로 이행하기 위해 필수적인 관건인 수소충전 소의 구축과 연료전지발전소의 건설을 둘러싼 주민 반 대가 증대하고 있다. 수소의 안전성에 대한 우려와 주민 수용성의 문제는 수소경제로의 이행에 커다란 제약요인 으로 작용하고 있다.
이러한 비관적 전망에도 불구하고 수소경제의 미래를 낙관적으로 전망하게 만드는 요인은 다음과 같다. 첫째, 2019 수소경제 활성화 로드맵 발표 등 정부의 정책적 의지를 들 수 있다. 현재 정부는 수소경제 활성화 로드 맵에 제시된 목표 달성을 위해 기술적 측면의 상세 기술 개발 내용과 개발 일정을 담고 있는 수소기술로드맵을 그리고 있다. 장기 에너지정책의 기조도 기존의 화석연 료 중심, 대규모 집중형 에너지 시스템에서 친환경 에너 지 중심, 분산형 에너지 시스템으로의 전환을 분명히 하 고 있다.
9)이를 실현할 구체적인 기술개발 이행계획인 제4차 「에너지기술개발계획」에서는 수소・연료전지 분 야가 에너지 신산업의 중요 분야로 자리매김하고 있으 며, 수소・연료전지 활성화를 위한 산업통상자원부 차원 의 중장기 기술로드맵을 제시하고 있다.
우리 정부만 수소경제에 관심을 갖는 것은 아니다. 미 국, 일본, 유럽, 중국 등 세계 각국은 점차 우리 앞에 그 모습을 드러내고 있는 수소경제를 적극적으로 준비하 고 있다. 미국은 에너지부가 주도적으로 수소로드맵과 프로젝트를 시행하고 있으며, 주정부 차원에서 보다 적 극적으로 수소전략을 마련하고 있다. 일본은 2011년 동 일본 대지진 이후 수소사회 실현을 비전으로 수립하고
2014년 수소사회실현을 위한 수소로드맵을 계획하였 고, 2020년 도쿄올림픽을 계기로 수소사회 진입을 목 표로 하고 있다. EU는 2008년 EU 집행위원회의 규정 에 따라 설립된 민관파트너십인 ‘연료전지 공동프로젝 트’를 중심으로 수소프로젝트를 추진하고 있으며, 최근 에는 2050년까지 수소이용 확대를 위한 로드맵을 발표 하고 에너지 전환을 위해서는 수소에너지가 필수적임 을 밝혔다. 중국은 “제13차 에너지기술혁신 5개년 계획 (2016-20)”, “에너지 기술혁명의 혁신행동계획(2016- 2030)” 등의 계획을 통해 수소 인프라와 수소자동차 보 급 등에 대한 구체적 목표치를 제시하고 이의 달성을 위 한 다양한 정책적 지원을 하고 있다.
둘째, 지구 온난화 대응을 위한 국제협약의 환경규제 강 화와 자동차 연비 규제 강화 등의 환경적 요인이 수소 경제로의 이행을 촉진하는 중요한 개발 기제로 작용하 고 있다. 지구 온난화 해결을 위해 2015년 12월 체결된 파리협정은 선진국과 개발도상국 모두 온실가스 감축 에 동참하고 산업화 이전 대비 지구기온의 상승폭(2100 년 기준)을 2
oC보다 훨씬 낮게 유지하고 더 나아가 온도 상승을 1.5
oC 이하로 제한하기 위한 노력을 추구한다고 합의하였다.
10)아울러 각국은 점차 환경 문제 대응을 위 해 자동차 연비 규제를 강화하고 있다. 먼저 정부 연비 규제 강화를 통해 친환경차 보급 확대를 유도하고 있다.
무공해차/신에너지차(PHEV, EV, FCEV)의 시장 확대를 위한 의무 판매 및 구매지원 정책을 실시하고 있으며, 각국의 자동차 연비규제는 2015년부터 매년 약 4-5%
씩 강화되는 추세에 있다. 연비규제가 만족스럽지 못할 경우 전체 자동차 판매량에 비례하여 벌금을 부과할 계 획이다.
11)셋째, 수소전기차・연료전지 등 수소 활용산업의 발전과 더불어 선박, 기차, 드론 등 새로운 활용산업의 등장이
가시화되면서 수소경제가 작동할 수 있는 생태계가 조 성이 되고 있다는 점이다. 최초의 수소전기차는 2013년 현대에 의해 개발되었고 이후 일본의 도요타, 혼다 등이 수소전기차 개발에 성공하였고 개발된 수소전기차는 현 재 시판중에 있다. 또한 수소연료전지 버스 및 상업용 트럭이 중국과 유럽에서, 최초의 수소연료전지트램이 2019년 중국에서 운행되고 있다.
12)해상운송과 관련하 여서는 현재 유럽 중심의 실증 프로젝트가 수행 중이며 소형 수소선박은 2020년부터, 중대형 수소선박은 2030 년 이후 시장이 형성될 것으로 전망하고 있다. 그리고 장시간 비행을 위해 항공기에 수소를 적용하는 연구도 진행 중에 있다.
13)5. 끝맺는 말
수소는 1차 에너지가 아니라 타 에너지원을 통해 생산 되어 그 자체로 비효율성을 가지고 있기 때문에 수소경 제의 미래에 대한 회의적인 시각도 존재한다. 그러나 에 너지원으로써 수소가 가지는 장점인 탄소배출이 없는 청정에너지라는 점, 장기간 대용량 전력 저장이 가능하 다는 점 등은 미래사회의 주요한 에너지원으로써 수소 의 가능성에 주목하게 만든다. 이런 점에서 수소경제는 저탄소경제, 궁극적으로는 탄소배출 제로경제로 나아가 는 데 있어서 매우 유력한 대안의 하나이다. 연료전지, 수소전기차의 개발 등이 이루어지면서 이제 우리는 수 소경제로 나아가기 위한 한 발을 내디뎠다. 비관적 요인 에서 나타났듯이 극복해야할 과제는 많다. 수소경제의 도래는 로드맵의 비전이 2040년을 목표로 하고 있듯이 아직은 먼 미래의 일이다. 우리가 순조롭게 수소경제로 나아가기 위해서는 수소기술의 진보를 통해 수소생산・
저장・운송 등의 경제성, 친환경성, 안전성 확보, 인프라 구축, 제도 정비 등을 통한 기반 구축, 수소경제 추진에
1) US National Academy of Science(2004), The Hydrogne Economy:
Opportunities, Costs, Barriers, and R&D Needs, The National Academies Press(호서대학교(2016.12), 『충남 수소경제사회 구현 전 략 수립』에서 재인용).
2) 1989년 이미 수소기술개발을 위한 정부 R&D가 시작되었다. 이어 수소 기술개발 관련 주요 연구사업으로는 1997년 원자력 이용 수소생산시스 템 기술개발, 2000년 고효율 수소제조기술개발사업, 2003년 고효율 수 소제조.저장.이용기술개발사업(21세기 프론티어사업), 2004년 수소.연 료전지사업단 등이 추진되었다. 수소기술 연구개발사업에 대한 보다 자 세한 내용은 김종원(2019.3), 「우리나라 수소경제 추진의 발자취」, 『전 기저널』, 대한전기협회 참조.
3) 미국은 세계 에너지 소비의 증가에 따른 자원의 고갈 우려 및 지구 온난화 에 따른 환경 위험이 증가하면서 장기적으로 이에 대응하는 차원에서 수 소경제로 이행할 것을 선언하였다.
4) 이승원(2019.9), 「수소 정책과 로드맵」, 『기술과 혁신』 2019년 9월호, 한국산업기술진흥협회.
5) 이하는 관계부처 합동(2019.1), 「수소경제 활성화 로드맵」을 요약한 것 이다.
6) (http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2019/02/22/
2019022202119/html) [이코노미조선], 수소차 전망 어둡게 만드는 세 가지 기술적 난제, 2019.02.26.
7) https://www.edaily.co.kr/news/read?newsId=01338246622716 880&mediaCodeNo=257&OutLnkChk=Y 「수소충전소 태부족에 질 주하던 수소차 ‘급제동’」, 『이데일리』, 2019.12.09.
8) 관계부처 합동(2019.1), 「수소경제 활성화 로드맵」.
9) 에너지 정책의 기조 전환에 대한 자세한 내용은 산업통상자원부(2019.6),
「제3차 에너지 기본계획」 참조.
10) 그러나 이행의 강제성과 관련한 규정이 없다는 것은 환경 국제협약이 지 닌 약점이다. 이점은 중국에 이어 세계 두 번째로 온실가스를 많이 배출 하는 국가인 미국의 트럼프 행정부가 지난 11월 파리협정에서 공식 탈 퇴한데서 잘 나타난다.
11) 각국의 자동차 연비규제에 대한 자세한 내용은 김세훈(2019.9), 「수소 경제의 필요조건, 수소모빌리티의 확대」, 『기술과 혁신』 2019년 9월호, 한국산업기술진흥협회 및 김세훈(2019.2.18.), 「수소전기차의 미래」, 『 수소경제의 도래와 과제』 , 제133회 한림원탁토론회 – 제17회 과총 과 학기술혁신정책포럼 참조.
12) Chor, Norman(2019.9), “Zero-Emission Fuel Cell for Heavy Duty Vehicles”, 『H2 World 2nd 국제연료전지포럼 –연료전지 수소활용 기술과 활성화 방안』, 2019.9.5., 창원컨벤션센터.
13) 이계안(2019.9), 「수소 모빌리티 개발과 활용」, 『H2 World 2nd 컨 퍼런스 2019 –수소경제, 어떻게 맞이할 것인가?』, 2019.9.5., 창원 컨벤션센터.
