2. 수소 공급방식별 경제성 비교
2.2. 수소 생산 기술별 경제성
수소 생산비용을 원료와 에너지원으로 구분하여 정리하면, [그림 Ⅲ -3] 같다. Nikolaidis & Poullikkas (2017)가 정리한 자료를 바탕으로 수소 생산기술별 수소 kg당 비용을 2010년 미 달러 기준으로 재작성한 결과 [그림 Ⅲ-3]에서와 같다.
26) Nikolaidis & Poullikkas (2017). A Comparative overview of hydrogen production processes 27) Nikolaidis & Poullikkas (2017). A Comparative overview of hydrogen production processes 28) Nikolaidis & Poullikkas (2017)
29) BloombergNEF (2019). Hydrogen: The Economics of Production from Renewables, p.4
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[그림
Ⅲ-3] 수소 생산 기술별 제조비용 비교 분석 (평균, 2010 달러/kg)
자료: Nikolaidis & Poullikkas (2017), p.609를 이용하여 저자가 재작성
탄화수소 즉 화석연료를 원료로 사용하며, 에너지 역시 화석연료를 사용하는 수소 생산 방법 가운데 석탄가스화가 가장 저렴하며, 다음으 로 증기메탄개질(SMR) 방식이 현재 시점에서 비용이 낮은 수소생산 기술이다. 다음으로는 원자력 열분해 방식의 수소생산 비용이 낮으나 원자력발전설비를 필요로 한다는 점에서 한계가 있는 방식이다.
재생에너지 보급 확대로 말미암은 재생에너지원 전력을 활용하는 수 소생산 기술은 CAPEX가 아직 높은 수준이며, 효율이 상대적으로 낮 고 안전 이슈에서 자유로울 수 있는 단계까지 성숙된 기술로 보기 어 렵다는 한계가 있다. 높은 CAPEX로 비용면에서 불리한데 [그림 Ⅲ-3]
에서 보듯, 물을 원료로 하는 전기분해 방식의 수소생산 비용은 5달러 /kg가 넘는 수준이다.
제3장 수소 공급방식별 비교 분석 45
BlommbergNEF는 2020년 수소경제전망(Hydrogen Economy Outlook) 에서 재생에너지로 생산한 수소비용을 2019년 2.53∼4.57 달러/kg30) 로 제시하고 있어 Nikolaidis & Poullikkas (2017)에 비해 상당히 낮아 졌음을 추정할 수 있다.
BloomberNEF (2020)는 재생에너지 수소 생산 비용을 2030년 1.14
∼2.71 달러/kg, 2050년 0.73∼1.64 달러/kg 수준으로 전망하고 있다.
하지만 현재의 기술 수준에서는 개질수소(CCS 적용) 비용이 재생에너 지 수소에 비해 저렴하다는 평가가 일반적이다. Nikolaidis &
Poullikkas (2017)는 석탄의 경우 2 달러/kg 수준, 천연가스의 경우 3 달러/kg 수준으로 제시하고 있으며, BloomberNEF (2020)에서는 석탄 의 경우 2.51∼3.3 달러/kg, 천연가스의 경우 1.34∼2.91 달러/kg 제시 하고 있다. 탄화수소 개질에 의한 수소 생산비용 추정값은 연구 결과 간 차이가 크지 않은 것으로 보인다.
우리나라의 ‘수소경제 활성화 로드맵’에서는 수소공급방안으로 부생 수소, 개질 수소, 수전해 및 수입 수소를 제시하고 있다. 이행 가능성 관점에서 보면, 부생 수소와 개질 수소가 우선 대안일 것으로 보인다.
개질 수소는 탄화수소를 개질(reforming)하는 과정에서 이산화탄소 가 배출된다. 상대적으로 탄소 함유량이 적은 천연가스 개질(SMR)의 경우에도 일정량의 이산화탄소가 배출된다.31) 천연가스 개질의 경우 탄소가격이 톤당 80 달러가 되면 CCS 비용을 포함해도 경제적인 것으 로 분석되었다. ([그림 Ⅲ-4] 참조)
30) BloombergNEF (2020). Hydrogen Economy Outlook,, p.18
31) BloombergNEF (2020, p.36)에서 천연가스 개질 시 이산화탄소 배출원단위를 8.85 kgCO2/kgH2로 제시
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BloombergNEF(2020)에 의하면, 탄소가격이 톤당 33달러가 되면
2030년 재생에너지로 생산한 수소가격(낮은 수준)이 CCS 제외 천연가
스 개질 수소 생산비 보다 저렴해지는 것으로 추정된다.
[그림
Ⅲ-4] 천연가스 개질 수소가격에 대한 탄소세 영향
자료: BloombergNEF (2020), p.36
수전해 수소 즉, 재생에너지를 에너지원으로 물을 분해하여 생산하 는 수소는 기술적으로 아직은 무리가 있어 보인다. 안전 이슈가 완전 히 해결되지 않은 것으로 제시하고 있다.32)
2020년 이후 기간을 목표로 계획 혹은 타당성 연구 혹은 건설 중인 수전해 설비는 전 세계에 21개의 프로젝트가 있다. 이 중 10개는 기획 단계이며, 9개는 타당성 연구 중이다. 나머지 2개 중 하나인 PEM 타입
32) Kirkaldy et al., (2018); Diogo et al., (2013); Fateev et al., (2007)
제3장 수소 공급방식별 비교 분석 47
수전해 설비는 독일에서 건설 중에 있으며, 마지막 설비인 Alkaline 타 입의 물 전기분해 설비는 일본에서 건설 중이다.33) 21개 프로젝트를 규모별로 보면, 500 MW 이상은 2개, 100∼500 MW는 8개, 10∼100
MW는 9개, 10MW 2개이다. 건설 중인 프로젝트는 2개의 프로젝트는
10 MW 규모이다.
33) BloombergNEF (2019), pp.27-28
제4장 수소경제 활성화를 위한 국내 수소공급 시스템 49