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News/수소-바이오

갑자기 분위기 수소라이프

by R.E.F. 14기 이한주 2019. 3. 5.

갑자기 분위기 수소라이프


1. 수소경제 로드맵이란?


그림 1. 수소경제 로드맵

출처 : 뉴시스

 

세계 최고 수준의 수소 경제 선도국가로 도약”, 수소차와 연료전지를 두 축으로 하여 수소 경제를 선도하겠다는 다짐과 함께 지난 2019116일 정부는 울산시청에서 수소 경제 활성화 로드맵을 발표하였다. 많은 선진국에서 이미 수소 경제 경쟁을 시작했지만, 아직 초기 단계인 만큼 한국 또한 충분히 경쟁해볼 만한 기술력과 산업기반 경험이 있다고 여기고 생산, 저장ㆍ운송, 수송, 발전 4가지 분야의 전문가들과 함께 로드맵을 준비하였다고 한다. 경제적이고 더 친환경적이며 안전한 수소 경제 시장을 만들며 이를 바탕으로 수소로써 세계시장이 1등이 되겠다는 목표를 그리고 있다.

 

정부는 현재까지 수소차의 보급이 확대되고 있다고 여기고 있으며 꾸준한 양산 체계의 구축으로써 가격을 지금의 내연기관차 수준으로 하락하겠다고 하였다. 또한 이런 늘어나는 양상체계의 안전한 성장을 위해 핵심부품의 국산화율을 10% 달성하겠다고 목표하였다.

그림 2. 현대자동차 수소버스

출처 : 현대자동차 블로그


수소차의 보급은 버스, 택시, 다양하게 국가에서 사용하는 트럭을 우선하여 모두 전환 시키며 수소차의 영역을 넓히겠다는 명확한 방향을 세웠다. 이렇게 늘어나는 수소차를 위해 현재 LPG, CNG 충전소가 수소 충전 까지 가능한 복합 충전소로 전환하며 이를 위해 꾸준한 보조금이 지급될 것이라고 하며 이러한 수소차와 충전소의 증가를 바탕으로 수송, 에너지(전기·) 등 수소 활용 확대로 세계시장 점유율 1위 달성을 이뤄낼 것이라 하였다.

 

2. 수소 경제가 사회에 미치는 영향

 

위에서 보듯, 문재인 정부는 2040년까지 연간 526만 톤 규모의 수소 공급량 확대를 비롯해 지난해 2000대에 불과했던 수소차 보급을 올해 4000, 오는 2025년까지 연 10만대 양산체제를 구축하면서 이른바 수소 경제 사회구축을 위한 청사진을 펼치겠다는 포부를 밝혔다. 그렇다면 친환경 에너지인 수소연료가 상용화되면 환경 생태계와 인류의 삶은 어떻게 바뀔 수 있는지, 그리고 우리가 해결해야 할 과제와 현 상황에서의 문제점은 무엇이 있는지 알아보자.

 

그림 3. 수소의 활용

출처 : The conversation


 먼저, 문재인 대통령은 수소 경제가 국가 에너지 시스템을 근본적으로 바꾸는 신성장 동력이 될 것이라고 천명했다. 이처럼 기존 국가 에너지 시스템을 바꾸고 새로운 성장 동력으로 재편될 수소 경제가 산업 현장은 물론 개개인의 삶도 변화시키는 패러다임이 될 것으로 보인다.

 실제로 국내 수소 최대 생산지 울산광역시가 국내 수소 에너지 상용화를 위한 첫 신호탄을 쏘아 올렸다. 울산시는 관내 현대자동차와 발전용 수소연료전지 상용화 시험사업에 나섰으며 이를 통해 수소연료전지를 자동차뿐 아니라 기타 산업에도 확대 보급한다는 방침이다. 수소연료가 새로운 에너지로 대체되면 무엇보다 산업단지를 중심으로 대기 오염률이 상당히 저하될 것이며, 무엇보다 에너지 자체 생산율이 떨어지고 있는 국내 에너지 보급 현실을 고려할 때 효과적인 에너지원으로 자리매김할 것으로 기대된다. 또한 수소에너지는 다른 에너지보다 열효율이 뛰어나 사용대비 비용도 절감할 수 있고 배기가스 없는 친환경 에너지로 미세먼지 감소에도 효과적이라고 말했다.

 


그림 4. 수소충전을 하고 있는 수소차의 모습

출처 : VIEW H 칼럼

 

하지만, 수소가 친환경 에너지이자 신성장동력이 되려면 앞으로 풀어야 할 기술 과제도 많다. 가장 먼저 제기되는 문제는 공급이다. 수소충전소를 건설하는 데에는 20~30억이라는 비용이 소모된다. 그리고 2018년 기준 수소공급량 13t 가운데 90%는 원유를 정제하는 과정에서 나오는 부생 수소, 나머지 갈탄이나 천연가스 등을 이용하는 추출 수소이다. 이 추출 과정에 화석연료가 이용되고, 부산물로 온실가스가 발생해 친환경적이지만은 않다. 또한, 태양광, 풍력 등으로 물을 전기분해 해서 수소를 얻는 방식인 수전해 사용한다고 해도, 전기에서 수소를 얻은 뒤 다시 수소로 발전을 하는 과정을 거치게 되어 효율성이 떨어진다.

수소는 영하 253도에서 액화되는 기체라 수송이 어려운 것도 부담된다. 정부는 전국에 파이프라인을 깔아 수소를 공급하는 시스템을 만들겠다는 계획이다. 하지만 여기에 필요한 수소 액화, 액상 저장기술이 국내에 아직 없다. 외국의 기술을 들여와야 한다. 추가로 말하자면, 차세대 자동차 시장에서 수소차가 일반 전기차만큼 성장하지 못할 가능성도 제기된다. 2030년 세계 자동차 시장 12000만대 중 수소차가 차지하는 비중은 200만대 수준에 그칠 거란 전망도 있다. 바람직한 수소 경제를 위해서는 세계 수요 전망을 검토해 중간 점검을 해가며 세밀한 시행전략을 짜야 할 것이다.

 

3. 이엠솔루션 김영식 상무 인터뷰

 

그래서 한 번 찾아가 봤다. 국내 수소충전소 14곳 중 8곳을 수주하고 있으며 우리나라 수소 기술의 최전선에서 고군분투하고 있는 이엠솔루션의 김영식 상무님(본부장님)을 만나 뵈어 간단한 인터뷰를 진행하였다. 과연, 우리나라 수소 기술의 최전선에서는 어떠한 일이 벌어지고 있는지, 그리고 구체적으로 문제들을 어떻게 해결해나가야 할지 질문을 해보았다.

 

 

그림 5. 이엠솔루션 홈페이지

출처 : 이엠솔루션 홈페이지

 

Q. 간단한 회사소개와 주된 사업은?

A. 이엠코리아는 발전산업, 항공산업, 방위산업, 전투기, TBM (전선관 만드는 터널을 뚫는 사업), 에너지, 환경 사업을 하고 있으며 이엠 솔루션은 에너지, 환경 사업을 위해 만든 자회사입니다. 주된 사업으로는 수소 사업, 친환경 자원화 사업, BWTS 사업 등이 있습니다.

 

Q. 얼마 전, 울산의 수소충전소 5, 6호기를 수주하신 거로 압니다. 다른 기업과 비교했을 때 이엠솔루션의 수소스테이션의 차별점은 무엇이 있나요?

A. 이엠솔루션의 수소스테이션은 동시 충전이 가능합니다. 실적 점수도 크고, 온사이트의 개질기로 낮은 압력(5~7bar)의 수소를 생산했을 때, 수소의 압력을 900bar까지 올릴 수 있습니다. 900bar까지 올리지 못하는 회사는 튜브 트레일러를 통해 180bar까지 압축을 시킨 다음 2차로 900bar로 승압하는 과정을 거쳐야 해서 효율이 떨어집니다. 또한, 이엠솔루션은 SAE J2601 규정 준수를 통한 안정적이고 신뢰성 있는 수소 충전을 실시합니다. 그리고, 현대자동차에서 인정한 국내 유일 업체이기도 합니다.


Q. 수소차 충전 시간이 5분이라고 나와 있지만, 수소스테이션 설비의 압력 유지 여부에 따라 그 시간이 천차만별이라고 합니다. 압력 유지와 관련하여서 이엠솔루션의 수소스테이션의 장점이 있나요?

A. 이엠솔루션의 수소충전소는 압축기 용량을 이중으로 했으며 용기 개수도 늘렸습니다. 우리나라 정부에서는 한 시간에 5대 충전 가능한 수소충전소를 원하였지만, 이엠솔루션은 사이클을 늘려 1시간에 11대까지 충전할 수 있게 만들었습니다.

 

그림 6. P2G(HESS) 프로세스

출처 : The Green Optimistic

 

Q. 최근 ESS 화재 사고와 관련하여 HESS(수소에너지저장시스템)에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 이에 대해서 이엠솔루션은 어떻게 생각하시나요? 또한 기술적인 도전은 무엇이 있을까요?

A. 요새 ESS ·방전을 하다가 과열이 되어 화재 사고가 나는 기사를 볼 수 있을 것이다. ESS 효율이 80~90%가 되어서 ESS를 사용한 것인데 과열로 인한 화재사고를 막기 위해 충전을 70%로 제한하였습니다. 통상적으로 우리나라 P2G(HESS)의 효율이 65%이지만 노르웨이의 NEL Hydrogen의 경우 STACK 효율이 93%에 육박합니다. 이로 인해 정부에서 P2G(HESS)를 선택하고 한전도 이를 선택하여 사업을 진행하는 중 입니다. 또한, 이엠솔루션은 안정된 주파수의 계통전력만을 이용해서 HESS를 사용해봤지, 태양광과 풍력의 과전류와 역전류가 흐르는 문제를 생각하지 않았습니다. 따라서 불안정한 계통과 HESS를 연계하였을 때 발생하는 문제를 해결하는 것이 중요한 과제가 될 것 같습니다.

 

Q. 수소충전소의 설치비용과 이를 줄일 방법은 없을까요?

A. 30억이라고 나와 있습니다. 하지만 실질적인 설치비용은 20~21억 정도입니다. 3억은 VAT, 6억은 건설비용, 수소충전소 설치비용은 20~21, 그중에서도 압축기가 가장 큰 비용을 차지합니다. 이 비용을 줄일 방법은 국산화밖에 없습니다. 비록 경쟁사지만 국산화하는 업체는 써줘야 한다고 관련 부서에 계속 주장하고 있습니다.

 

Q. 정부에서 현재 주장하고 있는 수소 사회로의 전환에 대하여 어떻게 생각하시는지.

A. 수소는 에너지 안보와 경제성, 그리고 환경적이라는 측면의 3박자를 모두 만족시킬 수 있는 좋은 에너지원입니다. 현재 우리나라는 99%의 에너지가 수입에 의존하고 있고 대규모 투자가 필요한 중앙집중형 에너지 수급이 이루어지며 입지적 제약도 큽니다. 하지만 수소 경제가 도입되면 국내 생산으로 에너지 자립에 기여할 수 있으며 소규모 투자로 가능한 분산형 에너지 수급, 그리고 입지적 제약도 덜 받게 될 것입니다. 전 세계적인 흐름은 수소 경제입니다. 수소 경제로의 전환을 언제 어떻게 효과적으로 해내는 것이 중요한 과제가 될 것입니다.

 

4. 우리들의 생각


우리들은 이렇게 생각한다. 수소 경제로 성공적으로 안착하는 지름길은 수소뿐만 아니라 수소자동차 등 관련 제품들을 공급할 수 있는 능력을 갖추는 데 있는 것 같다. 현재 논란이 되는 수소자동차와 수소에너지로의 전환이 가능할 것이냐의 문제도 값싸며 친환경적인 수소자동차와 수소에너지가 생산되면 자연 해결될 수 있다고 생각한다. 이를 위해서는 경쟁력 있는 수소 경제 생태계를 갖추어 나가는 것이 필요한데, 다른 산업과 달리 이들 모든 부분이 다 초기 단계에 있기 때문에 수소 경제가 정착되기 위해서는 생태계 전반이 동시에 발전해야 한다고 생각한다. 이를 정부나 특정 기업이 모두 다 하기는 쉽지 않고, 정부, 다양한 부문의 기업 및 연구소, 대학 등이 동시에 공동으로 노력해야 할 것이다. 이를 위해서는 모든 주체의 자발적인 참여가 중요할 것으로 생각된다. 이러한 차원에서 정부는 수소 경제로의 전환에 대한 확실한 비전과 실행 의지를 보여주는 것이 필요하다고 생각한다. 무엇보다도 계획대로 수소차 및 수소충전소의 보급을 지속해서 확대해나가야 할 것이다. 비용이 많이 드는 것이 흠이지만, 수소의 수요가 많은 공공버스 등에 수소차 보급을 빠르게 추진하는 것은 유용한 정책수단이 될 것이다.

하지만 수소 경제만을 위해 다른 대안을 생각하지 않고 무분별하게 투자해서는 안 된다고 생각한다. ‘수소 경제 활성화 로드맵에서는 20222000대의 버스를 보급하는 것을 목표로 하고 있는데 일본의 2030년 목표보다 많은 수준이다. 과연 이러한 목표가 우리나라의 실정에 적절한지 경제성 여부를 철저히 분석하고 다른 에너지원과의 경제성을 비교하여 효과적으로 도입해야 할 것이다.

산업통상자원부는 2030년까지 신재생에너지의 전력생산 비율을 20%까지 달성한다는 신재생 3020 이행 계획을 수립했다. 그런데 신재생에너지는 자연조건에 크게 좌우된다는 점에서 안정적인 발전량을 기대하기 어렵다. 신재생 3020 이행 계획은 태양광과 풍력을 주축으로 삼는다. 그렇지만 태양광은 일사량 및 기상 조건에 따라 발전량이 크게 변동하고 24시간 내내 발전이 어렵다. 따라서 정부의 목표를 달성하려면 태양광·풍력 등 재생에너지의 직접적인 보급 외에 간헐적 재생에너지의 잉여전력에 대한 저장기술로서 수소 에너지 활용은 필수 불가결하다고 생각된다. 그래서 다음 편도 준비했다. 다음 편에서는 잉여전력에 대한 저장기술로서 수소에너지 활용이 어떻게 이루어질 수 있는지 소개하려고 한다. 아무쪼록 수소에너지가 재생에너지 사회를 이룩하는 데에 큰 역할을 할 수 있는 에너지원이 되길 바라며 글을 마친다.


참고문헌

1. [Issue Plus] 수소경제 사회가 인류에 미치는 영향

(https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=17916957&memberNo=16485321)

2. [신년기획] 수소산업 재도약, 앞으로 과제는 무엇인가

(http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=210272)

3. 산업통상자원부 : 수소경제 활성화 로드맵

4. 3세대 신형 수소버스, 울산시내 정기노선 달린다

(https://blog.hmgjournal.com/MediaCenter/News/Press-Releases/hmc-hydrogen-bus-171026.blg)

5. 수소 경제 세계 1위 가려면

(http://www.korea.kr/news/contributePolicyView.do?newsId=148858247)

6. [시론] 수소경제 사회, 먼 미래 아니다

(https://news.joins.com/article/22119512)







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