수소에너지 활용현황, 잠재력과 과제
◇ 진정한 의미의 수소경제 실현을 위해서는 소위 ‘green 수소’
또는, ‘low-carbon 수소’를 얻는 것이 핵심임
ㅇ 수소는 화석연료, 재생에너지 등 다양한 에너지원에서 얻을 수 있으며, 연료전지, 직접 연소 등 활용방법 또한 다양함
◇ 현재 수소는 약 50%를 천연가스에서 얻는데 당분간 이 방법이 가장 경제적인 방법이 될 것임(수소 kg당 1-2달러)
ㅇ 전기분해는 비싼 설비를 요하고, 전기가 싼 경우에만 활용할 수 있는 방법임(수소 kg당 4-6달러)
ㅇ 수소를 광범위하게 활용하기 위해 저장, 수송 방법이 중요하며, 이 분야는 지속적인 기술개발이 필요해 보임
◇ 일본은 2017년 Basic Hydrogen Strategy를 발표하고, low-carbon 수소 생산-저장-수송 공급망 구축에 크게 공을 들이고 있음
ㅇ IEA 제시한 옵션으로 호주에서 생산해서 일본으로 수송하면, 수소 생산 가격을 일본 자체 생산보다 1/3로 낮출 수 있다고 분석함
◇ IEA는 금년 5월 청정에너지장관회의(CEM, 캐나다), 6월 G20(일본)
에서 수소 보고서 발표 등 관련 정책을 지원해 나갈 계획임
ㅇ IEA는 금년 2.11일 수소 워크샵을 개최했으며, 향후 관련 활동 지원을 위해 고위급 수소자문패널을 구성함
※ OECD/IEA의 이사회(GB), 장기협력상설그룹(SLT), 에너지연구기술위원회 (CERT) 등에 최근 보고된 내용을 요약함
1. 수소 에너지 개요
□ 최근 수소에 대한 회원국과 산업계의 관심은 전례없이 높음
ㅇ 수소 에너지는 1)청정에너지로의 전환, 2)에너지믹스의 다양화, 3) 에너지안보의 개선이라는 측면에서 도움이 될 수 있음
□ 진정한 의미의 수소경제 실현을 위해서는 소위 ‘green 수소’나
‘low-carbon 수소’를 얻는 것이 핵심임
* 수소의 장점: 온실가스, 오염물질 배출이 없음, 에너지 저장이 용이함
ㅇ 이러한 수소는 신재생에너지 얻거나, 화석연료에서 추출하되 CCUS 기술을 적용해서 온실가스 배출을 줄여야 하는데, 아직은 많은 기술적 도전이 있음
* CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage): CO2 포집, 활용, 저장
□ 수소는 화석연료, 재생에너지 등 다양한 에너지원으로부터 얻을 수 있으며, 연료전지, 직접 연소 등 활용방법 또한 다양함
ㅇ 특히, CCUS 기술과 결합될 경우에는 온실가스 감축효과가 큼
* 출처: IEA World Energy Outlook(WEO) 2018
2. 수소의 생산, 저장·수송과 사용
□ 현재 수소 생산은 50%를 천연가스에서 얻는데 당분간 이 방법이 가장 경제적인 방법이 될 것임(수소 kg당 1-2달러)
* 현 수소공급: 50% 천연가스, 30% 석유화학공정, 18% 석탄, 2% 전기분해 - 천연가스로부터 SMR(Steam Methane Reforming)을 통해 수소 생산 - 석탄으로부터 Coal Gasification로 수소를 얻는 방법은 주로 중국이 활용
ㅇ 다만, 현재의 천연가스로부터 추출하는 방법은 많은 CO2를 방출 하므로 CCUS를 적용하거나, 다른 혁신적인 기술개발이 필요함
□ 전기분해는 비싼 설비를 요하고, 전기가 싼 경우에만 활용할 수 있는 방법임(수소 kg당 4-6달러)
ㅇ 가용한 옵션으로 태양광, 풍력이 풍부한 독립(off-grid) 지역에서 신재생으로 생산된 전기를 활용할 수 있음
ㅇ 호주, 북아프리카, 칠레, 페루의 잠재력이 높으며, 회원국은 이런 지역을 활용하여 협력할 수 있음
□ 수소를 광범위하게 활용하기 위해 저장, 수송 방법이 중요하며, 이 분야는 지속적인 기술개발이 필요해 보임
* 현재 수소를 액화하는 방법, 암모니아 또는 제 3의 물질로 바꿔 저장, 수송 하고 다시 수소로 바꿔 사용하는 방법이 연구되고 있음
ㅇ LNG는 -162℃에서 액화하는 반면, 수소는 -253℃에서 액화할 수 있으며, 액화하는 과정에서 수소의 30%를 소비하게 됨
ㅇ 수소를 -33℃에서 액화하는 암모리아로 변환하여 수송하면 유리 하나, 다시 수소로 변환하는 과정에서 25%의 자체 에너지 소비
* 암모니아는 독성물질이고, 연소시 환경유해물질을 배출하는 단점이 있음
ㅇ 상온에서 액체인 MCH(메틸시클로헥산)과 같은 물질로 변환하여 수송하는 방법이 연구되고 있음
3. 일본 사례 분석
□ 일본은 2017년 Basic Hydrogen Strategy를 발표하고, low-carbon 수소 생산-저장-수송 공급망 구축에 크게 공을 들이고 있음
ㅇ CCUS나 신재생 개발에는 빈약한 입지 조건을 극복하기 위해 신 재생 하이브리드 시스템(여러 가지 신재생 자원 결합)을 활용할 계획이고, 2040년 수소 kg당 5달러가 예상됨
□ IEA 제시한 옵션으로 호주에서 생산해서 일본으로 수송하면, 수소 생산 가격을 일본 자체 생산보다 1/3로 낮출 수 있다고 분석함 ㅇ CCUS를 적용해 천연가스에서 얻어서 암모니아 형태로 수송하면
2040년 수소 kg당 3.5달러 추정
* 출처: IEA World Energy Outlook(WEO) 2018
4. IEA의 수소 관련 활동
□ IEA는 금년 2.11일 수소 워크샵을 개최했으며, 주요 논의 결과는 아래와 같음
ㅇ 수소는 탈탄소를 달성하는 “system glue”로 작동할 수 있으며, CCUS와 수소의 결합은 매우 효과적일 것임
ㅇ 그러나, 현재 주요 이해관계자는 전체 수소 시스템의 부분에만 한정되어 있어 시너지를 내기 위한 협업이 필수적임
- 정부와 산업계간에 public-private partnership을 형성해서 성공 사례를 만들어 나가야 함
ㅇ 정부의 주요한 역할은 파이프라인, 수소스테이션 같은 인프라의 건설에 수반되는 위험을 부담해야 함
- 국제적 표준과 규제를 조화해 나가야 하는 것도 중요한 역할임
□ IEA는 금년 5월 청정에너지장관회의(CEM, 캐나다), 6월 G20(일본) 에서 수소 보고서 발표 등 관련 정책을 지원해 나갈 계획임
ㅇ IEA는 이러한 활동을 지원하기 위해 고위급 수소자문패널을 구성 했음
* High-Level Advisory Panel on Hydrogen 구성
- (의장) Noe van Hulst 네덜란드 경제-기후정책부 Hydrogen Envoy - Elisabeth Kostinger 오스트리아 지속가능-관광부 장관
- Ahmad O. Al-Khowaiter 사우디 아람코 CTO
- Alan Finkel 호주 Office of the Chief Scientist의 Chief Scientist - Mikio Kizaki 도요타자동차 수석엔지니어
- Rebecca Maserumule 남아공 과학기술부 수소-에너지 Chief Director - Ajay Mathur 인도 에너지자원연구소 소장
- Dominique Ristori EC 에너지 국장
- Sunita Satyapal 미국 에너지부 연료전지 Director
- Adnan Shihab-Eldin 쿠웨이트 과학재단 사무총장, 전 OPEC 사무총장
※ 작성: 김용태 1등서기관(원소속: 산업통상자원부), ytkimm18@mofa.go.kr