[포럼] 2019 세계재생에너지총회, Renewable-based Hydrogen

[포럼] 2019 세계재생에너지총회, Renewable-based Hydrogen

2019.11.25

대학생신재생에너지기자단 14기 변홍균

(왼쪽부터 오른쪽 순으로으로) Cedric Philibert, 조용성, Erwin Penfornis, Noe Van Hulst, Thierry Lepercq, 정기석 ⓒ 14기 변홍균

 2019년 10월 23일부터 25일까지 3일간 서울 코엑스에서 세계 최대 재생에너지 국제 컨퍼런스인 세계재생에너지총회가 개최됐다. 세계재생에너지 총회는 총 5개의 트랙으로 구성되었으며, 본 글에서는 24일에 진행된 ‘Track 4. Inonovation : New Energy’에 관한 내용으로 ‘수소 기반 재생에너지 : 산업용 열과 수송을 위한 재생에너지를 발전시키는 방법’을 주제로 진행되었다.

 수소를 기반으로 한 재생에너지의 활성화와 수소가 산업에서 적용될 경우의 기대효과, 수소의 현황에 관한 각 분야 전문가들의 대화 내용을 본 기사를 통해 공유하고자 한다.

 ‘재생에너지가 증가함에 있어 산업 화학과 수소는 이전에 보지 못한 변화를 이끌어 낼 것이다. 따라서 수소 시장의 확대가 예상된다.’라는 Attilio Pigneri 대표의 발언으로 시작된 이번 트랙은 국제에너지기구의 Cedric Philibert의 기조연설과 Q&A 방식으로 진행되었다.

 

기조연설 : Cedric Philibert, International Energy Agency

  몇 년 전부터 우리는 글로벌 시장에서 탈탄소화하기 위한 옵션의 수를 늘려야 한다는 생각을 하고 있다. IEA의 2도씨 보고서에서 탄소 포집과 저장에 관한 기술을 활용하자는 내용이 있지만, 대규모로의 현실화가 되지는 않고 있다. 재생에너지가 확대, 보급되고 있는 상황에서 재생에너지 이외의 다른 방안이 있지 않을까 생각한다.

이산화탄소의 경우 전력에서는 배출량이 감소했지만, 산업과 수송 분야에서는 여전히 배출량이 많다. 시멘트, 화학, 철광과 같은 탈 탄소가 어려운 산업에서 배출량의 75%를 차지하고 있으며, 수송에서는 녹색 전력을 이용해 일부 탈탄소화가 가능하겠지만 항공과 해운과 장거리 트럭 운송 등의 분야에서는 여전히 어려움이 존재한다.

 멕시코에서의 세계재생에너지 총회 이후 발간된 보고서에서는 수소를 기반으로 한 녹색 연료가 보급이 탄소 배출량을 줄일 수 있을지에 관한 내용을 시사한다. 육상 풍력의 가격이 꾸준히 감소하고 있으며, 해상 풍력 또한 큰 폭으로 감소하였고 태양광의 경우 큰 폭의 감소량을 보였다. 수소는 비용적인 측면에서 큰 비용이 수반되지만, 가스 터빈과 비교하였을 때 큰 차이가 없다.

 신재생에너지가 화석 연료를 대체할 수 있을 거라는 이야기가 많은데, 수소가 이 과정에서 복합발전을 통해 보완적인 역할을 할 수 있을 것이다. 산업에서는 가격을 이유로 대체가 불가능할 것이라 말하지만, 현재 기술개발에 따라 점점 그 격차가 줄어들고 있다. 앞서 언급한 연료 전환이 어려운 산업에서 수소를 이용한다면 가능할 것이다.

친환경 수소를 사용하는 방법으로 다음의 예시가 있다.

• Green Ammonia & methanol for their industrial uses
• Refineries (to upgrade and clean fuels)
• Direct iron reduction in steel making: 제철 산업에서는 여러 방법을 이용해 탄소 배출을 줄이고자 하고 있으며, 그중 스웨덴에서는 수소를 이용한 저감 방안이 pilot 단계에 도달하였고 유럽 각지에서 이를 연구 중에 있다.
• H2/NH3 storable/shippable fuels in power systems: 암모니아를 저장하거나 연소하여 사용 가능하며, 일본에서는 이러한 복합발전을 계획하고 있다.
• H2/syn CH4 in gas grids & trucks and other vehicles: 가장 설득력이 떨어지는 방안이지만, 가장 많이 언급되는 내용으로 더 많은 연구가 필요하다.
• NH3 as fuels (shipping, industrial furnaces…): 해양 업계에서의 NH3 사용이 가능할 것이다.
• CH3OH and synthetic HCs as electro fuels: 메탄올은 산업용으로 사용하지만, 동시에 발전 연료로 사용할 수 있다. 오늘날 바이오 연료를 생산할 때, 1/3 정도밖에 사용하지 못하고 있다. 바이오매스는 탄소가 많지만 에너지가 적어, 동일한 바이오매스를 대상으로 했을 때 어떠한 기술을 사용하는지에 따라 결과가 달라진다. 식량 안보 등을 저해하지 않고도 수소를 이용해 효율성을 높일 수 있을 것이다. 그러나 직접적인 전환이 가장 좋은 방안일 것이다.

 최근 수소 미래 보고서에 따르면, 수소는 미래 에너지 도전과제를 극복하는 데 도움이 될 것이다. 재생에너지 사용에 있어 호주, 칠레는 풍부한 환경 조건을 갖고 있으며, 아프리카의 비용은 점차 낮아질 것이다. 그러나 한국과 일본은 자원이 부족하므로 수소 활성화를 통해 풍부한 지역에서 생산된 에너지를 소비가 많은 지역으로 이동하는 것이 가능해질 것이다. 그러나 여전히 가격, 인프라 등의 해결해야 할 문제들이 있다. 재생에너지를 통해 발전된 청정 수소를 바탕으로 규제와 관련된 장벽을 제거해야 한다.

 

Q. 왜 지금이 수소에 관한 이야기를 나눌 적기일까?

A. Cedric Philibert, International Energy Agency

 재생에너지 기반의 수소. 소수의 96%는 화석연료를 기반으로 한다. 나는 재생에너지 기반에 대해 낙관적인 입장을 갖고 있는데, 화석연료를 기반으로 하지만 탄소를 배출하지 않는 blue-수소를 기대하고 있다. 저탄소 수소의 형태와 고체 기반, 수소 기반 탄소튜브 등 화석연료를 사용하는 산업에서 충분히 적용 가능하다고 생각한다.

A. 조용성, 에너지경제연구원 원장

 재생에너지 설비가 늘어나면서, 배전망 송전망의 공급이 한계에 달했을 때 잉여전력을 어떻게 처리할 것인지에 대한 이슈가 이와 같은 화두를 던지게 했다. 태양광의 경우 일시적으로 생산량이 많을 때 이를 처리하기 위한 방안이 필요하며 일본의 경우 양수발전을 이용하여 해결하고 있다. 수소라는 잠재성을 가진 자원을 어떻게 생산할 것인지에서 재생에너지를 통해 수소를 생산한다는 방안과 친환경 수소를 수입할 때 저렴하게 수입하는 방안에 대한 고려가 필요하다.

A. Erwin Penfornis, Air Liquide

 수소는 에너지전환에 있어 체계적인 접근법이 될 수 있다는 것이 간과되었다. 어떠한 산업에서든 수소는 하나의 솔루션이 될 수 있으며, 탈 탄소가 어려운 산업에서도 이 점은 포함되어 있다. 그만큼 제대로 사용하기 위해서 적절한 value-chain 구축이 필요하며 이 역시 어려운 과정이다. 저장성, 운송 등의 강점이 있지만 그만큼 복잡한 기술력을 요구한다는 점을 알아야 한다.

 연료전지, 액화, 고압 등 이러한 기술을 개발하는 데 오랜 시간이 소요되지만, 상당 부분 개발되어 있으며, 수소가 가진 가치를 인지하고 있다. 정부, 기업들이 수소의 중요성과 필요성을 인지하였기에 수소에 관한 논의가 지금 이루어지고 있다. 규제에서의 간극, 비용에 관한 부분, 솔루션을 제안하는 속도를 위해 종합적인 논의가 필요하다.

A. Noe Van Hulst, Ministry of Economic Affairs & Climate Policy Netherlands

 네덜란드에서는 배출권에 관한 문제를 다루어야 한다. 친환경 수소가 모든 문제를 해결할 수는 없지만, 연결고리의 역할을 충분히 할 수 있을 것이다. 기술과 비용 확보에 많은 시간이 소요될 것이지만, 자급자족을 넘어 이를 수출할 수 있다면 수소가 새로운 비즈니스 모델의 역할을 할 수 있을 것이다.

 Blue-hydrogen의 전환을 먼저 이루고 세계로 뻗어 나갈 수 있다면 이 역시 새로운 세상을 만들 수 있을 것이다. 네덜란드에서는 이를 위해 체계를 만들고 있으며, 기술 확보를 위한 지원을 하고 있다. 독일, 벨기에 등의 주변국과의 공동 인프라 구축, 기준을 마련하고 있으며 한국, 일본 등의 국가와 협력하고 있다.

A. Thierry Lepercq, SOLADVENT

 영국 정치인이 말하길 “대안은 없다.”라고 한다. 화석 연료 사용을 줄이지 않는다면 당장 멸종할 수 있다. 그나마 희소식은 수소는 석유가 하는 모든 일을 대체할 수 있다는 것이다. 에너지 원료, 저장, 수송 등 가스와 석유의 특징을 모두 갖고 있다.

 재생에너지로 만든 수소를 고려할 때 비용적인 문제를 고려해야 한다. 에너지는 살아가는데 있어 필수적인 요소이므로 가격을 고려해야 한다. 태양에너지가 그리드패리티를 달성하여 가격이 떨어지는 것에 대해 말할 당시 다른 사람들은 비웃었었다. 그러나 태양에너지 발전 단가는 점차 낮아지고 있으며, 스페인의 경우 200GW에 달하는 프로젝트를 진행하고 있으며, 포르투갈에서는 1MW당 14유로의 입찰을 받고 있다. 수소 역시 가격 측면에서 경쟁력을 갖출 수 있을 것이다.

A. 정기석, 한국에너지기술평가원 수소연료전지 PD

 기존 석유를 기반으로 한 탈 탄소화를 이루는 기술에서 효율을 개선해야 한다. 그러나 지금 한계에 도달했으며, 탈탄소화에 관한 기술 확보와 재생에너지 보급 이러한 일을 해결하는데 가장 적합한 방안이 수소가 아닌가 한다.

 2003년 부시 대통령이 수소에 관한 계획을 발표했을 때와는 달리, 인식이 확대되어 연구가 이루어지고 있다. 수소차와 같은 기술력을 갖추고 이제는 우리 주위에서 어렵지 않게 볼 수 있다. 수소 경제 로드맵 발표 이후 각 부처들이 정책적인 목표를 달성하기 위해 실행계획을 발표하고 있다. 충전소 보급 계획, 가스공사의 인프라 구축 등 수소를 이용한 탈 탄소 목표를 달성하기 위해 개인적인 견해로는 달성이 가능할 것으로 보인다. 하나의 노력으로는 수소 경제를 이룰 수 없을 것이다. 국가적인 플랫폼 공유와 기술, 체계의 협력을 통해 가능할 수 있을 것이다.

 

Q. 태양광의 경우 효율성이 10%가 되었을 때부터 활성화되었으며 현재 20% 수준까지 도달해 있다. 어떻게 수소의 효율성을 늘릴 수 있을 것인가? 과거 태양광 초기와 수소의 초기 상황이 비슷하다고 생각한다. 100GW 용량까지 설비를 설치하는 것이 가능할까?

A. 정기석, 한국에너지기술평가원 수소연료전지 PD

 수소 가격이 중요한 논란이 되고 있다. 수소 가격을 하나의 목표로 보는 것이 아닌, 수소의 공급을 위한 목표는 다르게 보아야 한다. 발전 등의 대체를 위해서는 상당한 기간이 소요되겠지만, 자동차 부문에서는 멀지 않을 것으로 예상한다. 고효율 수전해 기술을 통해 자동차의 수소를 경제성 있게 공급할 수 있을 것이다. 잉여 재생에너지를 통한 수소생산은 비용적인 측면에서 가능하다. 재생에너지 수소에 올인하는 것이 아닌, 화석 연료를 기반으로 한 수소 연구가 수반되어야 한다. Green-Hydrogen과 Blue-Hydrogen의 연구와 관심이 필요하다.

A. Thierry Lepercq, SOLADVENT

 Blue-Hydrogen은 비용적인 측면에서 경쟁력이 떨어질 것이다. 미국, 중동 등 지역에 태양광발전의 단가가 20불/MWh 정도의 비용이 되었으며 10불까지 떨어지고 있다. 저렴한 재생에너지를 바탕으로 한 수전 해가 가능해지는 시점은 마케팅, 수송 등 전반적인 시장이 형성될 때이다.

A. Noe Van Hulst, Ministry of Economic Affairs & Climate Policy Netherlands

 낮은 가격이 형성된다면, 정책적으로 봤을 때 몇 가지 고민할 사안이 있다. 명확한 목표를 바탕으로 충분한 수요 구성과 배출량 0 달성과 같은 청정 수소를 위한 의무적인 목표를 설정이 필요하다. 이전에 청정수소, 유럽 가스의 10%는 2030년에 청정수소를 대체하자는 이야기를 한 적이 있다. 이를 달성하기 위해 수소 생산량을 늘려야 할 것이며 유럽에서는 이를 이송하기 위한 이슈가 논의되고 있다. 유럽은 가스 수송에 관한 인프라가 잘 갖추어져 있으나, 유럽 전역과 아프리카까지 가스관이 연결되어 있기에 수소 공급이 가능할 것이다. 철광회사에서 CO2 배출 없이 기후 중립을 표방하고 있는데, 이는 그 자체로도 엄청난 일이다.

A. Erwin Penfornis, Air Liquide

 전기분해에 대해 몇 가지 이야기하자면, 지금은 소수의 Small player들이 있는데 대기업들이 Hydrogenics, 린델, EDF, 중국기업 등 협업을 하고 있다.

 비용적인 측면을 과신해서는 안 될 것이다. 장기적인 시야로 보아야 하며, 기다리는 것이 아닌 시급함을 갖고 보조금이 아닌 목표를 제시하고 이를 달성하기 위한 적절한 정책이 필요하다. 파이프라인이 논의되고 있지만, 수송 과정에서 액화수소가 파이프라인과 같은 경쟁력을 갖출 수 있을 거로 생각한다.

A. 조용성, 에너지경제연구원 원장

 수소를 생산하는 데 있어 경제성을 이야기했는데, 우리가 고민해야 할 일은 수소생산을 저렴하게 하더라도 이를 소비하는 지역까지 이동하고 가격과 사용에 관한 내용이 필요하다.

 일본, 한국의 입장에서는 생산보다 중요한 내용이 어디서, 어떻게 가져오는지, 어떻게 저장하는지에 관한 문제가 중요하다. 수송과 저장이라는 문제를 고려하지 않고 수소를 본다면 수소 경제를 달성하는 데 어려움이 있을 것이다. 2030년까지 수송 부문에서 온실가스를 줄이기 위한 구체적인 수단으로 수소차를 85만 대 보급한다는 계획을 수립하였다. 또한, 전기차를 300만 대 보급하겠다는 내용이 포함되어 있어, 수소를 수송 부문에서 사용하는 것은 경쟁력이 있지만, 수소 충전소를 어디에 설치할지에 대한 고민이 필요하다. 강릉에서 발생한 수소 저장소 폭발로, 수소가 폭발할 가능성이 있다는 인식이 있다. 그로 인해 충전소가 입지 할 수 있는 자리 선정이 어려워졌으며, 수용성 문제를 고려하지 않는다면 저렴하고 안전한 수소 공급이 있더라도 수요처에 수소를 공급하는 방법을 가질 수 없을 것이다.

 10년 전 정부 차원에서 수소 경제를 논의했었는데, 성과를 얻지 못하고 다시 논의하고 있다. 그때와의 차이점이라면 현대의 수소차가 있고, 부생수소 등의 기술 발전과 정부의 의지가 명확하다는 점이다. 정부의 지속성이 필수적인 상황이다. 국제적인 분업 시스템을 고민해볼 때가 아닌가 한다. 일본에서는 뉴질랜드에서 전력을 수급해오는 방안에 대해 시험 중이다. 우리가 생산하는 것 이외에 저렴하게 수소를 생산하는 곳에서 받아오는 내용 또한 고려해 볼 여지가 있다.

A. Cedric Philibert, International Energy Agency

 수소가 화석 연료에서 재생에너지로 전환하는 과정에서 유효한 해결책이 될 것이다. 다른 옵션들이 해결해주지 못하는 곳에서 수소가 대안이 될 수 있을 것이다. 액화수소를 수송하는 것에서 화석 연료를 통해 생산된 수소는 현재 비용적인 문제로 진행되지 않고 있다.