수소에너지란 무엇인가?

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수소에너지란 무엇인가?

2023년 9월 27일| 기사

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수소 에너지는 우리 세계에 전력을 공급하는 더 깨끗한 방법을 대표할 수 있는 화석 연료의 대안입니다.

파란색 수소 분자의 3D 렌더링입니다.

연료는 우리가 처음으로 음식을 요리할 수 있게 해 준 장작불부터 산업 혁명을 일으키고 현대적인 삶의 방식을 가능하게 한 화석 연료에 이르기까지 항상 인간의 기술을 강화해 왔습니다. 그러나 화석 연료의 연소는 기후 변화에 비추어 면밀한 조사를 받고 있습니다.

수소 에너지에 관해 McKinsey 선임 전문가를 알아보고 직접 참여해 보세요.

Filipe Barbosa 는 McKinsey 휴스턴 사무소의 수석 파트너이고, Tarek El Sayed  는 리야드 사무소의 수석 파트너이자 관리 파트너이며, Bernd Heid  는 쾰른 사무소의 수석 파트너이며, Rachid Majiti  는 두바이 사무소의 수석 파트너입니다.

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일부 과학자들은 수소 에너지가 세상에 전력을 공급하는 더 깨끗하고 효율적인 방법일 수 있다고 믿습니다. 수소는 자연적으로 발생하는 기체이며, 우주에서 가장 풍부한 물질입니다. (그리스어 단어는 수소가 연소될 때 물을 생성하기 때문에 "물 형성자"를 의미합니다.) 청정 수소는 탄소 배출이 매우 낮거나 전혀 없는 수소입니다. 이 용어는 또한 청정 연료를 포함한 수소 파생 제품을 의미합니다.

재생 가능한 전력 및 바이오 연료와 같은 다른 기술과 함께 사용하면 수소는 최악의 온실가스 배출원을 포함하여 전체 산업에서 탈탄소화할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. McKinsey 분석에 따르면 수소는 2050년까지 연간 전 세계 배출량 감소의 20% 이상 에 기여할 수 있습니다  .

순 제로 달성에 대한 수소의 잠재적 기여는 조직과 정부에서 사라지지 않습니다. 2023년 5월 현재 전 세계적으로 1,000개 이상의 대규모 수소 프로젝트가 발표되었으며, 이는 직접 투자 규모가 3,200억 달러에 달합니다. 현재까지 수소 프로젝트에 1,170억 달러가 투자된 유럽에서 McKinsey는 수소가 탈탄소화 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대하고 있습니다.

수소는 탈탄소화 산업에서 정확히 어떤 역할을 할 수 있을까요? 수소 에너지의 유형은 무엇이며, 널리 채택되는 데 방해가 되는 것은 무엇입니까? 알아보려면 계속 읽어보세요.

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넷 제로 란 무엇입니까?

넷 제로(Net Zero)란 대기로 방출되는 온실가스 배출량과 제거되는 온실가스 양이 동일한 이상적인 상태를 말합니다. 영구적이고 재앙적인 지구 온난화를 방지하려면 모든 산업이 순 제로를 달성해야 합니다. 대기 중 탄소를 줄이는 탈탄소화는 탄소를 덜 배출하는 에너지원으로 전환하고 배출되는 탄소에 대응함으로써 달성할 수 있습니다. 많은 조직과 정부는 앞으로 몇 년 안에 탈탄소화, 즉 순제로 전환을 약속했습니다 .

그린수소란?

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그린수소는 물에서 추출한 수소다. 이는 재생 가능한 에너지원에서 얻은 전기를 사용하여 물 속의 산소 분자에서 수소 분자를 분리하는 전기분해라는 공정을 사용하여 생성됩니다. 이곳에서 사용되는 전기는 재생 가능한 에너지원에서 생산되기 때문에 온실가스 배출이 없습니다.

그린수소는 비교적 새로운 기술 개발이다. 전통적으로 전 세계에서 수확되는 대부분의 수소는 석탄이나 천연 가스와 같은 화석 연료에서 파생됩니다. 증기 개질(천연 가스를 니켈과 같은 촉매 존재 하에서 증기로 처리)과 같은 전통적인 수확 방법은 미래에 포집하거나 상쇄해야 하는 온실 가스를 생성합니다. 증기 개질은 회색수소로 알려진 것을 생산합니다. (회색수소에서 생성된 탄소를 포집하여 저장한 결과를 청색수소라고 합니다.)

 그린수소 생산비용 은 2030년까지 약 50% 감소할 것으로 예상된다. 2050년에는 탄소비용을 포함해 그레이수소가 블루나 그린보다 훨씬 더 비쌀 것으로 예상된다.

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수소는 다양한 고배출 부문이 기후 목표를 달성하는 데 어떻게 도움이 될 수 있습니까?

중공업, 장거리 운송 등 화석 연료에 크게 의존하는 산업은 수소 에너지의 가장 큰 혜택을 누릴 수 있습니다. 전 세계 연간 탄소 배출량의 8%를 차지하는 철강 산업은 특별한 기회를 제공합니다 . McKinsey는 유럽 철강 산업의 참여자들이 공장을 녹색 수소(충분한 양과 경쟁력 있는 가격으로 사용할 수 있게 되는 경우)로 운영되도록 전환하여 탈탄소화할 수 있는 방법을 연구했습니다  . 2030년까지 수소 기반 철강 제조는 수소를 통해 방지되는 배출량의 거의 20% 를 차지할 수 있습니다 .

McKinsey 설명자 소개 : 복잡한 질문에 대한 직접적인 답변

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장거리 운송 역시 앞으로 몇 가지 큰 변화에 직면해 있습니다. 규제 기관은 전 세계적으로 배기가스 배출 기준을 강화하고 있습니다. 유럽에서는 2030년부터 규제 기관이 제조업체에 신형 고속도로 트럭의 CO2 배출량을 2019년 수준에 비해 30% 줄 이도록 요구할 것입니다. 미국에서도 비슷한 이야기입니다. 2027년까지 전국적인 배출량 감소 목표는 2010년 수준보다 거의 50% 낮습니다. 미국의 15개 주에는 2030년까지 판매되는 트럭의 30%가 배출가스 제로가 되도록 요구하는 추가 규정이 있습니다.

수소 연소 엔진은 장거리 운송 산업이 이러한 규제 문제를 해결하는 데 잠재적으로 도움이 될 수 있습니다. 널리 채택되려면 아직 멀었지만, 수소 연소 엔진은 배터리 및 연료 전지 기술로 작동하는 엔진과 달리 내연 기관에서 상대적으로 쉽게 전환할 수 있습니다. 게다가 그들은 현재의 노하우와 일자리를 활용하고 자동차 산업의 기존 공급망과 생산 능력을 활용할 수 있습니다.

수소 에너지의 광범위한 채택을 방해하는 몇 가지 과제는 무엇입니까?

수소 가치 사슬은 복잡하고 자본 집약적입니다. 더욱이, 많은 업계 부문은 아직 같은 속도로 발전하고 있지 않으며, 빠르게 발전하는 기술과 규정은 너무 빠르게 움직이기 때문에 최신 상태를 유지하는 것이 어려울 수 있습니다 .

더욱이, 수소 에너지는 배출량을 생성하지만 그 양은 매우 다양하며 다른 에너지 생산 방법보다 제어하기가 더 쉽습니다 . 예를 들어, 녹색 수소는 재생 가능 에너지가 풍부한 지역에서 100% 태양광 및 풍력 발전으로 생산되어 모든 충전소로 배달될 수 있습니다.

즉, 수소가 의미 있는 탈탄소화에 기여하는 것을 방해하는 주요 장애물은 투자 비용입니다. 순 제로를 향한 길을 약속하려면 2030년까지 수소에 4,600억 달러 의 추가 직접 투자가 필요합니다 . 이러한 투자 격차는 세 가지 범주로 분류됩니다.

• 생산. 청정 수소 생산에는 2030년까지 약 1,500억 달러의 추가 투자가 필요합니다.
• 전송, 배포 및 저장. 여기에 대한 투자는 비용 경쟁력 있는 수소 공급에 대한 접근을 가능하게 하는 데 매우 중요합니다. 여기에는 차량용 연료 보급 인프라 개발이나 산업 플랜트에 공급하기 위한 파이프라인 구축이 포함될 수 있습니다. 현재 이곳의 투자 격차는 1,650억 달러가 넘습니다.
• 최종 사용 애플리케이션. 철강 생산, 운송 등 수소의 다양한 최종 용도 응용 분야에서 예상되는 수요를 충족하려면 1,450억 달러의 추가 투자가 필요할 것입니다.

수소가 에너지 전환에 기여하려면 향후 10년간의 규모 확대가 중요합니다.

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수소에너지 시장이 확대되려면 무엇이 필요합니까?

수소 에너지의 막대한 잠재력을 실현하기 위해 탄화수소가 풍부한 국가는 다음 네 가지 영역을 해결해야 합니다 .

1. 경쟁력 있는 공급 확대: 수소 에너지의 잠재력을 실현하려면 탄화수소가 풍부한 국가는 청색 수소와 녹색 수소를 모두 확대해야 합니다. 블루수소는 단기에서 중기적으로 중요한 역할을 할 것입니다. 그린수소는 경제성이 높아지면서 중장기적으로 더 큰 시장점유율을 차지하게 될 것이다.
2. 현지 수요 자극: 건강한 수소 생태계를 조성하려면 주요 수출품 외에 현지 수소 시장도 필요합니다. 탈탄소화와 깨끗한 공기에 관한 규제는 수요를 자극하는 데 도움이 될 수 있습니다.
3. 운송 기술 개발: 수소는 운송이 어렵습니다. 액체 형태이거나 암모니아로 변환되어야 합니다. 둘 다 비용이 많이 들고, 수소를 액화하는 것도 기술적으로 어렵습니다. 모든 원소 중 가장 낮은 끓는점 중 하나인 -252도까지 냉각해야 합니다.
4. 가치 사슬, 고객 및 국가 간 협력 촉진: 초기 청정 수소 가치 사슬이 일관되게 발전하려면 모든 단계의 플레이어가 함께 협력해야 합니다. 여기에는 고객과 생산자 간의 장기 구매 계약이나 정부 간 파트너십이 포함될 수 있습니다.

글로벌 채택을 가속화하기 위해 수소 공간의 주체가 어떤 역할을 할 수 있습니까?

수소가 풍부한 국가의 모든 이해관계자는 중요한 역할을 담당합니다.

정부는 지역적으로나 국제적으로 수소 경제의 초기 발전에 주도적인 역할을 할 수 있습니다. 이를 위해서는 국가 수소 생산에 대한 야망 설정, 지역 수소 수요를 촉진하기 위해 다양한 부문의 탈탄소화 규정 시행, 지역 수소 수출 수요 확보를 위한 정부 간 파트너십 구축, 수소 지역화에 대한 관점 개발 등 수소 로드맵 개발이 필요합니다. 가치 사슬 전반에 걸쳐 생산하고, 규제 지원을 통해 수소 배치를 지원합니다.

유틸리티 기업 , 화학 기업 , 에너지 집약적 산업 , 해운 기업을 포함한 수소 가치 사슬의 이해관계자는 기회를 활용하기 위해 수소 전략을 개발할 수 있습니다 . 이해관계자는 인재 개발, 파트너십, 공급 시장 확대, 장기 수요 파트너십 또는 구매 계약과 같은 영역에 집중해야 합니다.

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참조된 기사:

• " 탄화수소가 풍부한 국가를 위한 청정 수소 기회 ", 2022년 11월 23일, Arnout de Pee , Tarek El Sayed , Mohamed Ghonima, Ruchin Jain, Rachid Majiti , Joe Rahi 및 Maurits Waardenburg
• " 순 제로 미래에서 수소의 역할에 관한 5가지 차트 ", 2022년 10월 25일, Bernd Heid , Alma Sator, Maurits Waardenburg 및 Markus Wilthaner
• " 수소 연소 엔진이 배출 제로에 기여할 수 있는 방법 ", 2021년 6월 25일, Bernd Heid , Christopher Martens 및 Anna Orthofer
• " 유럽의 친환경 철강 보호: 천연가스 문제에 직면 ", 2022년 6월 21일, Frank Bekaert, Marc-Daniel Halbgewachs, Christian Hoffmann, Bruno van Albada 및 Marlene Weimer
• " 수소의 잠재력 ", 2022년 6월 8일, Suzane de Sá, Thomas Geissmann, Jesse Noffsinger , Rim Rezgui, Jesús Rodriguez Gonzalez
• " 글로벌 청정 수소 허브의 진원지로서의 휴스턴 ", 2022년 6월 2일, Nikhil Ati , Filipe Barbosa , Abhinav Charan, Alex Lin, Brandon McGee, Thomas Seitz, Doug Stuart 및 Clint Wood