그린뉴딜, 재생에너지. 수소경제, 수소에너지 현재는 '회색', 수소경제위원회 출범, 몽골 갈탄 수소자원개발 협력 가능성

자료 출처=산업통상자원부

 

그린뉴딜, 재생에너지. 수소경제, 수소에너지 현재는 '회색', 회색수소 없이 그린수소 없다

29일 관련업계 등에 따르면 현재 수소를 얻는 방법은 크게 부생수소, 개질수소 2가지 방식으로 그린수소로 불리는 수전해 방식은 아직 연구 단계다.

부생수소는 석유화학 공정의 부산물로 생산되는 수소를 이용하는 방식

2017년 기준 우리나라 부생수소 생산량은 약 190만t으로 이 중 160만t이 사용된다. 160만t은 1년간 수소택시 80만대 혹은 수소버스 16만대를 운행할 수 있는 양이다.

부생수소는 석유화학 공정의 부산물로 생산돼 생산량을 임의로 늘리거나 줄일 수 없다. 또 이동과 저장에 드는 비용이 커 지역 편차도 큰 문제가 있다.

개질수소는 액화천연가스(LNG)에서 수소를 추출하는 방식

개질수소의 경우 현재 1t을 생산하는 데 이산화탄소 약 10t이 배출되는 것으로 알려졌다. 부생수소, 개질수소 모두 온실가스인 이산화탄소 배출이 많아 회색수소로 불린다.

우석훈 성결대 교수는 최근 한 칼럼에서 "천연가스에서 수소를 추출하면 발열손실 60%, 송전손실 4%가 발생해 전체 에너지의 35%만 사용된다"며 "천연가스와 전기를 그냥 쓰면 이것보다 효율이 높은데, 굳이 수소로 전환하면서 에너지 손실이 꽤 크게 발생한다"고 주장했다.

정부와 수소경제를 찬성하는 측은 회색수소 단계는 그린수소로 나아가기 위한 필수적 과정이라는 입장이다. 전 지구적인 온실가스 감축 트렌드 속에서 '그린수소' 경제로 나아가기 위해 회색수소 단계는 거쳐야 하는 필요악이라고 설명한다.

수소경제에 반대하는 측은 현재의 기술 수준으로는 수소에너지를 쓸수록 비용도 더 들고, 환경에도 좋지 않아 '회색수소'에 불과하다고 주장한다. 그린뉴딜의 핵심 축인 수소경제를 둘러싸고 '친환경성' 논쟁이 있는 이유댜.

산업부 관계자는 "전 세계적으로 물에서 수소를 분해하는 그린수소는 현재 기술개발이 안 돼 있다"며 "독일, 일본 등 선진국들이 그린수소 개발을 선도하는 가운데 회색수소를 이유로 손놓고 아무것도 하지 않으면 에너지경쟁력 저하로 결국에는 더 어려운 상황에 직면할 수 있다"고 말했다.

"개질수소의 경우 우리나라에 대형 추출기가 없다는 비판이 있지만 현재 현대로템 등 기업들이 뛰어들면서 경쟁력을 쌓고 있다"며 "개질수소 생산 과정에서 나오는 이산화탄소를 저장하거나, 산업에 활용하는 '블루수소' 등 대안적 기술도 있다"고 설명했다.

자료 출처=fnnews .com

 

기술 발전에 따라 그린수소 생산에 드는 비용도 줄어들 전망

블룸버그 뉴에너지포럼(NEF) 마틴 탠글러 블룸버그 연구원은 "현재 평균 수소 생산비용은 ㎏당 1달러 수준인데, 이 중 99%가 엄청난 양의 탄소를 배출하는 화석연료로 만들진다"며 "각국이 전폭적 정책지원을 이어간다면 2030년에는 친환경 그린수소 생산비용이 천연가스와 비슷한 ㎏당 2달러까지 내려갈 것"이라고 전망했다.

수소에너지, 2050년까지 탄소 순배출 제로(넷제로)를 선언한 우리나라에 불가피한 선택

김재경 에너지경제연구원 연구위원은 "태양광, 풍력이 전기를 깨끗하게 만드는 영역이라면 수소에너지는 발전·수송·난방 등 에너지 전환을 통해 각 분야를 연결하는 '섹터 커플링'에 필수"라며 "수송부문만 놓고 봐도 전기차는 소형에 적합해 버스, 대형선박 등에는 에너지 밀도가 높은 수소에너지가 필수로 필요하다"고 말했다.

 

수소경제 선도국가 도약 위한 수소경제위원회 출범

- 정세균 국무총리, 출범일자 앞당겨 제1차 회의 주재 -

- 수소경제위원회는 관련 정책 조정, 국가간 협력 등 주요 정책 수립 추진 -

0630(2조간) 신에너지산업과 수소경제 선도국가를 위한 컨트롤타워 가동.hwp

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몽골 천연자원 개발 협력

한국가스공사가  몽골 타반 톨고이 (Tavan Tolgoi) 광산에서 운영중인 자원화 플랜트

 

한국가스공사, 몽골서 'CBM(석탄층메탄가스) 파일럿 플랜트'

한국가스공사가 2015년부터 몽골 최대규모 광산인 타반 톨고이(Tavan Tolgoi)에서 운영중인 자원화 플랜트기술의 국산화개발 연구과제 현장실증을 위한 CBM(석탄층메탄가스) 파일럿 플랜트

타반 톨고이 탄광은 몽골 15대 전략 광산 중 최대 규모로, 약 64억 톤에 이르는 석탄이 매장돼 있다. 공사는 광권 관리회사인 ETT(Erdenes Tavan Tolgoi)사 및 몽골 최대 시추회사 Elgen사와 플랜트 건설에 관한 업무협약을 체결한 바 있다.

공사는 플랜트 운영을 통해 비전통자원인 CBM 자원량 분석, 생산기술 및 회수 증진기술 연구를 수행. 효율적인 가스생산 계획 수립 및 자원화 플랜트 분야 기술 향상과 몽골 최대 석탄 광권을 소유한 ETT와 시추를 담당하는 Elgen사 그리고 CBM, CTL(석탄액화)기술 개발 및 활용 기술을 보유한 가스공사 등 3사의 협력으로 석탄층 자원화 기술개발을 추진중이다.

몽골 갈탄 수소자원 개발 협력 가능성

몽골의 풍부한 갈탄에서 수소를 생산, 액화해 육로를 통해 수입하는 방안.

수소생산과정에서 발생하는 이산화탄소를 이용 몽골의 비닐하우스, 유리온실 등 시설 공급, 농작물 생산 극대화

포스코의 몽골 석탄액화 사업 바가누르지역광산

 

포스코, 몽골서 청정에너지 석탄액화(CTL·Coal to Liquid) 개발 사업

포스코 몽골 최대 민간기업인 MCS사와 손잡고 합작법인인 몽골 바가누르(Baganuur) 에너지 코퍼레이션을 설립, 석탄액화(CTL·Coal to Liquid) 사업을 추진하고 있다.

석탄액화란 석탄을 산소설비에서 촉매작용을 통해 열분해해 수소(hydrogen)와 일산화탄소(CO)로 이뤄진 합성가스(H2CO)를 만들어낸 뒤 디메틸에테르(DME) 등을 추출하는 공정이다.

디메틸에테르는 액화석유가스(LPG)보다 가격이 저렴하고 이산화탄소와 분진 발생이 적어 화석연료를 대체할 차세대 친환경 연료로 각광받고 있다.

석탄액화 합성천연가스 제조 공정 및 광양 합성천연가스 플랜트(자료=POSCO)

 

화석연료 빈국서 수소 산유국으로.. 年526만톤 대량생산, 새만금·울산등 ㎿급 재생에너지 연계 수전해·해외도입 추진

정부가 내놓은 ‘수소경제 활성화 로드맵’에는 화석연료 자원빈국에서 수소 산유국으로 도약하겠다는 포부가 담겨있다. 국내 생산이 가능한 수소에너지를 사회 전 분야로 확산해 97%에 달하는 에너지 해외의존도를 줄이고 에너지 자립을 이루겠다는 것.

현재의 부생수소는 물론 재생에너지와 연계한 수전해(물 전기분해), 대규모 해외생산 등을 아울러 2040년 연간 526만톤을 공급하는 ‘글로벌 수소 허브’로 자리매김하는 것이 목표다.

산업통상자원부에 따르면 지난해 말 기준 국내 연간 수소 공급량은 13만톤이다. 정부는 이를 2022년 47만톤, 2030년 194만톤, 2040년 526만톤으로 확대할 계획이다. 수소차 2630만대를 운행할 수 있는 규모다.

수소생산 전략은  4가지로 구분해 추진한다.

△부생수소

△추출수소

△수전해 수소

△해외생산 수소

먼저 석유화학 공정에서 나오는 부생수소는 고도화된 현재의 설비를 활용해 공급여력을 확대한다. 지난해 국내 부생수소 생산량은 164만톤인데 141만톤(86%)이 산업용 공급원료로 자체 사용됐다. 나머지 23만톤은 외부유통됐다. 정부는 장기적으로 여유생산능력 약 5만톤과 외부유통량 23만톤을 합쳐 28만톤을 국내 수소경제 활용량으로 돌릴 계획이다.

또 천연가스에서 뽑아낸 추출수소 생산기지도 구축한다. 총연장 5000㎞에 달하는 액화천연가스(LNG) 공급망을 활용해 대규모 수소 수요처 인근에 거점형 수소출기를 설치하는 방식이다. 전국에 있는 한국가스공사 정압관리소 142개소를 이용할 계획인데 올해 시범사업으로 1기를 구축하고 수요수요 증가 추세를 감안해 단계적으로 설치를 확대한다. 도심지의 경우 액화석유가스(LPG), 압축천연가스(CNG) 충전소 또는 CNG 버스차고지 등에 하루 500㎏의 수소생산이 가능한 소형 추출기 보급도 추진한다. 올해 선도적으로 150억원을 들여 3곳에 설치할 계획이다.

관심이 집중되는 부분은 대규모(100㎿급 이상) 재생에너지발전단지와 연계한 수소생산시설이다. 2022년까지 ㎿급 수전해 기술을 개발한 이후 2025년부터 비기계식 수소 압축 및 저장 기반 대용량 전력저장 상용화 기술을 개발한다. 현재 55% 수준인 수전해 효율도 2022년 70%까지 끌어올릴 계획이다.

재생에너지 연계행 수전해 수소생산 방식은 부생수소나 추출수소와 달리 수소생산 과정에서 이산화탄소(CO2)가 배출되지 않아 진정한 의미의 청정에너지로 분류된다. 이 때문에 지멘스 등 글로벌 에너지기업은 대규모 해상풍력발전 등과 연계한 수소생산플랜트 기술개발에 역량을 집중하고 있다. 국내의 경우 4GW급 새만금 태양광발전단지와 200㎿급 울산 해양풍력발전단지 등과 연계하는 방안이 유력하다.

안정적 수소공급 기반을 마련하기 위한 수소 해외생산도 추진한다. 해외에서 수소를 값싸게 대량 생산해 이를 액화해 운반선을 통해 국내에 들여오는 방식이다. 현재의 LNG 도입체계와 유사하다.

이를 위해서는 수소의 액화·액상기술 확보가 필수적인데 가스공사에서 개발 중인 천연가스액화기술을 기반으로 2025년까지 수소 액화기술을 국산화할 계획이다. 2025년에는 개발한 기술을 상용화하는 한편 수소수입 핵심 기자재 국산화와 수입수소 수송용 대용량 탱크 개발에도 나선다.

실제 일본은 호주에서 값싸고 매장량이 풍부한 갈탄을 기화하는 방식으로 수소를 대규모 생산하고 이를 액화해 일본으로 운반하는 프로젝트를 추진 중이다. 이 과정에서 탄소 포집·저장(CCS) 기술을 활용해 호주에 이산화탄소를 포집해 국제 온실가스감축 실적도 인정받는 방안을 추진 중이다.

전문가들은 이미 진행 중인 동북아 슈퍼그리드와 러시아 파이프라인가스(PNG) 등과 연계해 해외 수소생산을 추진할 필요가 있다고 조언한다. 몽골 고비사막과 중국 네이멍구에서 풍력·태양광발전으로 생산한 전력을 국내 도입하는 동북하 슈퍼그리드를 확장해 몽골·중국에서 재생에너지 연계형 수소생산을 추진하는 것이다. 러시아 PNG는 러시아 극동지역에서 천연가스를 활용한 추출수소 생산이 가능하다.

재생에너지 연계형 수소생산과 국제협력을 통한 수소 해외생산은 모두 머니투데이가 올해 1월1일자 신년호에서 제언한 수소경제 활성화 방안이다.

박진남 경일대 신재생에너지학 교수는 “국내 수소 생산량은 수소차 보급까지만 충당할 수 있다”며 “사회 전 분야에 수소경제를 활성화 하기 위해서는 현재 진행 중인 국제협력사업 등을 지렛대로 한 다양한 수소 공급망 확충 방안을 준비해야 한다”고 말했다.(자료 출처=머니투데이'수소경제 활성화 제언')