미래 산업: 그린 수소(Green Hydrogen)

Green Hydrogen(그린 수소)

깨끗하고 지속 가능한 에너지원에 대한 요구가 증가함에 따라 그린 수소에 대한 관심이 급증하고 있다. 그린 수소는 전기분해라는 공정을 통해 재생 가능한 에너지원을 사용하여 생산되는 수소 가스를 말한다. 생산 또는 사용 중에 온실 가스를 배출하지 않기 때문에 탄소 중립 경제를 달성하는 데 핵심 요소로 간주되는 경우가 많다. 기술 발전, 비용 절감, 정책 지원 및 인프라 개발과 같은 주요 요인들이 일치함에 따라 향후 미래 산업의 향방을 바꿔놓을 것이다. 

 

 

 

 

 

 

생산 방법

그린 수소를 생산하는 주요 방법 중 하나는 전기 분해이다. 전기 분해는 전류를 사용하여 물 분자(H2O)를 수소(H2)와 산소(O2)로 분해하는 것을 말한다. 이 과정에서 전해조에 전력을 공급하기 위해 태양열이나 풍력과 같은 재생 가능 에너지원이 필요하다. 

 

 

재생 가능 에너지원

그린 수고의 생산은 재생 가능 에너지원의 가용성에 크게 의존한다. 태양광 발전, 풍력 에너지 및 수력 발전은 전기 분해에 사용되는 가장 일반적인 소스 중 하나이다. 이러한 재생 가능 자원은 그린 수소 생산 공정이 지속 가능하고 친환경적으로 유지되도록 한다. 

 

 

블루 수소

그린 수소는 재생 에너지를 사용하여 생산되는 반면, 블루 수소는 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술을 통해 천연가스에서 생산된다. 블루 수소는 기존 수소 생산 방식에 비해 탄소 배출량을 줄이기 때문에 과도기적 솔루션이 될 수 있다. 그러나 여전히 화석 연료를 사용하며 그린 수소와 동일한 환경적 이점을 제공하지 않는다. 

 

 

그린 수소 vs. 블루 수소

그린 수소와 블루 수소의 주요 차이점은 생산 방법과 환경에 미치는 영향에 있다. 그린 수소는 재생 에너지를 사용하여 생산되며 직접적인 탄소 배출이 없어 보다 환경 친화적인 옵션이다. 반면, 블루 수소는 탄소 포집 기술을 포함하지만 여전히 생산을 위해 화석 연료에 의존한다. 

 

 

그린 수소의 장점

그린 수소는 미래를 위한 유망한 에너지원이 되는 몇 가지 이점을 제공한다. 

 

-. 초과 재생 에너지를 저장하는 수단을 제공하여 간헐적인 재생 에너지를 에너지 그리드에 더 잘 통합할 수 있다. 

-. 또한, 그린 수소는 운송을 위한 청정 연료로 사용되어 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고 배출량을 낮출 수 있다. 

-. 현재 탄소 집약적 연료에 의존하는 산업 공정을 탈탄소화할 수 있는 잠재력이 있다. 

 

 

그린 수소의 응용

-. 운송 분야에서 연료 전지 차량의 연료로 사용할 수 있어 기존 연소 엔진에 대한 더 깨끗한 대안을 제공한다. 

-. 초과 재생 에너지가 수소를 생산하는 데 사용되는 에너지 저장에도 사용할 수 있다.

-. 피크 수요 동안 다시 전기로 변환될 수 있다. 

-. 그린 수소는 탄소 집약적인 연료를 청정 에너지원으로 대체함으로써 철강 및 화학 생산과 같은 산업 공정에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 

 

 

도전과 한계

많은 장점에도 불구하고 그린 수소는 몇 가지 과제와 한계에 직면해 있다. 주요 장애물은 생산 비용인데, 현재의 인프라와 생산 규모로 인해 그린 수소가 기존 수소 공급원보다 더 비싸기 때문이다. 또한 수소 저장, 유통 및 운송을 위한 강력한 인프라의 부족은 수소 저장 유통 및 운송에 도전 과제를 제기한다. 

 

수소 충전소 및 파이프 라인의 포괄적인 네트워크를 개발하는 것은 그린 수소를 기존 에너지 시스템에 원활하게 통합할 수 있도록 하는 데 매우 중요하다. 또한 전해조 기술과 재생 에너지 시스템의 발전으로 그린 수소 생산의 전반적인 효율성을 향상할 필요가 있다. 

 

 

비용

그린 수소 생산 비용은 광범위한 사용을 가로막는 주요 장벽 중 하나이다. 현재 재생 가능 에너지원 및 전기 분해 장비의 비용이 상대적으로 높기 때문에 그린 수소는 기존 화석 연료 기반 수소에 비해 더 비싸다. 그러나, 재생 에너지 기술이 계속 발전하고 규모의 경제가 달성됨에 따라 그린 수소 비용은 향후 몇 년 동안 감소할 것으로 예상된다. 

 

 

인프라

그린 수소의 생산 및 저장, 그리고 유통에 필요한 인프라는 아직 개발 초기 단계에 있다. 수소 생산 시설, 저장 탱크, 운송 파이프라인 및 충전소를 포함한 강력한 인프라 네트워크를 구축하는 것은 그린 수소 산업의 성장을 지원하는 데 필수적이다. 정부, 민간 부문 및 연구 기관 간의 협력 노력은 이 인프라의 개발을 가속화하는 데 매우 중요하다.

 

 

 

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미래가치에 대한 투자 및 산업동향

BloombergNEF에 따르면 세계 5대 전해조 제조업체(생산 능력 기준) 중 3개는 PERIC, LONGi, Sungrow와 같은 중국 기업이다. 과거 중국 태양광 회사들이 저비용 및 대량 전략으로 유럽 시장을 장악한 전례가 있기 때문에 그린 수소 경쟁에서 중국의 지배력이 커지는 것에 대해 유럽, 미국 및 한국의 우려가 커지고 있다. 

 

중국 기업들은 재생 가능한 전기를 물 전기분해에 사용하여 그린 수소를 생산하는 데 중요한 역할을 하는 전해조 시장에서 경쟁 우위를 확보하였다. 그린 수소는 간헐적인 재생 에너지원을 보완하고 생산 과정에서 탄소 배출없이 탈탄소 경제를 달성하는 데 기여할 수 있기 때문에 미래 청정에너지 생태계의 핵심 에너지원으로 간주된다. 

 

중국 수전해 회사들이 주로 알칼라인(AE) 전기 분해 방법에 중점을 두고 있으며 이는 상당한 양의 전기가 필요하지만 고체 산화물(SOEC) 전해조(물 분자를 수소와 산소로 나누는 장치) 및 양성자 교환막(PEM) 전해조와 같은 방법에 비해 초기 비용이 저렴하다. 

 

미국이나 유럽 기업들은 고체 산화물 전해조(SOEC) 및 양성자 교환막(PEM) 전해조를 전문으로 하는데, 이는 더 높은 기술 전문성과 초기 투자를 요구하지만 수소 생산 시 더 높은 효율과 더 낮은 전력 소비로 경쟁력을 높이고 있다. 

 

전해조 산업에서 중국 기업의 시장 점유율 확대는 에너지 부문에서 중국의 지배력이 더 커질 것이라는 예상을 할 수 있다. 알칼라인 수전해 방식의 생산능력 점유율은 2021년 74%에서 2024년 79%까지 늘어날 것으로 전망하고 있다. 2020년 이전에는 유럽의 점유율이 우세하였으나, 중국의 수전해 설비 용량이 2030년 25GW, 2060년 750GW까지 증가해 세계 수전해 설비의 약 40%를 차지할 것으로 추정하고 있다. 

 

그린 수소 생산 강국인 독일, 프랑스, 영국은 2030년까지 전해조 설비 확충 목표를 5GW 이상으로 높였으며, 유럽연합(EU)은 그린 수소와 그레이 수소(천연가스를 이용해 얻은 수소와 석유화학 공정에서 발생하는 부생 수소)의 생산단가 차액을 보조금으로 주는 [탄소차액지원계약제] 도입을 추진 중이다. 

 

미국은 인플레이션 감축법(IRA)에 세계 최소로 그린 수소 세액공제를 포함시키면서 경쟁력과 기술력 향상을 위해 노력하고 있다. 

 

한국은 수소차, 수소연료 전지 등에서 앞서지만 그린 수소 생산에선 뒤처지고 있다. 그린 수소 생산은 안정적인 수전해 과정을 요구하기 때문에 재생 에너지 발전 단가를 낮추는 문제부터 해결해야 그린 수소 경쟁에 참여할 수 있을 것으로 전망된다. 

 

정부는 2020년 10월에 수소 경제 로드맵을 발표하였고, 2040년까지 그린 수소 생산량을 연간 650만톤으로 늘리는 목표를 가지고 있다. 이와 연계된 사업으로 수소차 660만 대와 수소 충전소 10,2000개를 보급하는 것도 추진 중이다. 

 

현재 한국의 그린 수소 생산 설비는 주로 전력회사와 에너지회사가 보유하고 있다. 예를 들면, 한국전력공사는 제주도에 1.2MW급의 수전해기를 설치하였으며, SK가스는 울산에 30MW급의 수전해기를 건설 중이다. 또한 현대자동차는 국내 최대 규모인 50MW급의 수전해기를 울산에 설치할 계획이다. 또한, 정부는 2022년까지 그린 수소 관련 R&D에 1조원을 투자하였으며 추가 지원 방안을 검토 중이다. SK 그룹은 2025년까지 그린 수소 사업에 18조 원을 투자할 것이라고 밝혔다. 현대차 그룹은 2030년까지 그린 수소 사업에 11조 원을 투자할 것이라고 발표함으로써 경쟁력 우위를 위해 노력하고 있다.