세계는 왜 수소 에너지에 주목하나

[송방섭(소방서)]

세계는 왜 수소 에너지에 주목하나

왜 수소인가? 수소위원회가 말하는 수소의 가치, 수소 경제의 효과와 수소 사회로 진입하는 세계에 대해 알아본다.

2019/02/25   현대자동차그룹                    

                                                                                                                                                                                                                                                            

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지구온난화로 인한 이상기후 발생은 미래가 아닌 현실이 됐다. 최근 미국에는 영하 40도라는 극한의 한파가, 호주에는 영상 46도의 폭염이 도시를 덮친 것이 대표적인 사례. 같은 시점에 벌어진 일이라고 상상하기 힘든, 영화 같은 일이다.

위기감을 느낀 세계는 지구온난화의 주범인 온실가스 배출을 줄이기 위한 행동에 나섰다. 대표적인 것이 2021년부터 발효되는 파리기후협정이다. 파리기후협정은 2020년 만료되는 교토의정서를 대체할 신기후체제다. 파리기후협정의 목표는 각 국가가 온실가스 배출을 점차 줄여 21세기가 끝날 무렵에는 온실가스의 순 배출량을 ‘0(zero)’으로 만드는 것이다. 말하자면 현재 세계를 움직이는 주 에너지원인 화석연료 시대의 종언을 고하고, 신재생 에너지와 친환경 에너지 시대를 맞이하기 위한 협정이다.

세계는 미래를 책임질 에너지원으로 수소에 주목하고 있다

미래를 책임질 새로운 에너지원 중 유력한 대체재 중 하나가 바로 수소다. 왜 수소일까? 파리기후협정의 목표를 성공적으로 이끌기 위해 설립된 수소위원회가 수소의 가치를 직접 밝혔다.

*수소위원회는? 2017년 세계경제포럼 개최 기간 중 설립된 수소위원회는 국제사회에 수소연료 사용을 요청하고 수소전기차 등 수소연료 상용화를 주도하는 역할을 하고 있다. 완성차, 에너지 기업 등 총 53개(2018년 9월 기준) 회원사로 구성됐으며, 주요 회원사로는 현대차, 도요타, 다임러, 혼다, BMW, 로열더치셸, 린데그룹, BMW, 엔지 등이 있다.

수소 에너지의 잠재력

수소는 친환경적인 특성뿐만 아니라 경제적 측면에서도 차세대 에너지원으로써 손색없다는 평가를 받고 있다

수소는 온실가스 배출을 저감시킬 뿐만 아니라 경제적 효용 측면에서도 다른 친환경 에너지 대비 강력한 잠재력을 지녔다. 각 국가와 기업들이 수소 에너지 활용 연구에 집중하는 이유다.

지속적인 관련 기술 개발로 수소 에너지가 활성화된다는 가정 하에, 수소위원회는 수소가 2050년까지 전 세계 에너지 수요의 18%를 차지할 것으로 전망했다. 이는 약 2조 5천억 달러(약 2,800조 원) 규모의 관련 시장을 창출하고, 전 세계 3천만 개의 일자리를 만들어 낼 것으로 기대된다. 수소 에너지는 환경 정화 효과와 함께 실리까지 챙길 수 있는 셈이다.

탈탄소화를 위한 수소 에너지로의 전환

탈탄소화를 위한 수소 인프라 투자는 이미 시작됐다. 그중에서도 수소전기차 운행을 위한 수소충전소 설치 계획은 주목할 만한 성과다

수소의 장점을 충분히 활용하기 위해선 수소 인프라 구축이 필수다. 예컨대 수소전기차를 위한 충전소 설치가 그것이다. 수소위원회 발표 자료에 따르면 각국 정부와 산업계는 2030년까지 5,000개 이상의 수소충전소를 건립할 예정이다. 특히 중국은 향후 10년간 1,000개 수소충전소를 증설할 계획을 발표했다. 이는 최대 100만 대 가량의 수소전기차가 이용할 수 있는 규모다.

계획대로 수소전기차 분야의 성장이 이뤄진다면, 2050년까지 전 세계 기준 1일 약 2천만 배럴(약 32억 리터)의 석유를 수소가 대체할 것으로 전망된다. 현재 사용되는 수소는 부생 수소(석유화학 산업에서 부산물로 생성되는 수소), 추출 수소(액화천연가스에서 추출하는 수소) 등으로, 생산 과정에서 일부 온실가스를 배출하는 것이 사실이다. 하지만 기술 고도화로 온실가스를 배출하지 않는 수전해 방식(물을 전기분해해 수소를 얻는 방식)이 보편화되면 수소 에너지 사용으로 인한 배기가스 감소량은 약 4억 4천만톤에 달할 것으로 예상된다.

수소 에너지를 활성화 시키기 위한 시도는 세계 곳곳에서 이뤄지고 있다

탈탄소화를 위한 수소 에너지 활성화 시도는 세계 곳곳에서 감지되고 있다. 중국은 수소전기차 개발 및 보급에 가장 적극적인 나라 중 하나다. 앞서 언급한 수소충전소 건축 계획 이외에도 수소전기차 자체 개발을 위한 시도도 이뤄지고 있다. 상하이는 ‘수소전기차 발전계획’을 발표하며 2020년까지 100여 개 이상의 연료전지 부품기업을 유치하겠다고 밝혔고, 중국 자동차 산업의 메카 중 한 곳인 후베이성 우한도 2025년까지 세계적인 수소 도시가 될 것을 공언, 2020년까지 수소 에너지 산업 파크를 조성해 100곳 이상의 수소전기차 관련 기업을 유치하겠다고 밝혔다. 전기차 구매 보조금은 축소하면서도, 수소전기차 구매 보조금은 유지하는 등 수소전기차 보급에도 적극적이다.

일본은 수소전기차 외에도 다방면에서 수소 에너지를 활용하고 있다. 일본 고베시 외곽의 인공섬 ‘포트아일랜드’에는 이미 수소발전소를 완공했고, 생산된 전기와 열은 고베시 내 공공시설에 공급하고 있다. 수소발전소에서 만들어진 수소 에너지가 전력망을 통해 도심의 복수 시설로 공급되는 것은 세계 최초다. 소형 분산 발전 연료전지 시스템 ‘에너팜’은 일본에서 흔히 볼 수 있는 가정용 연료전지다. ‘에너팜’은 도시가스를 개질기(수소를 주성분으로 하는 가스를 생산하고 연료전지 스택에 공급하는 장치)에 통과시켜 수소를 추출해 발전하는 시스템으로 일본 내 25만대 가량이 보급됐다. 일본은 수소전기차 및 발전된 연료전지 시스템을 기반으로 2020년 도쿄 올림픽에서 선수촌 내 시설과 이동 차량 등에 수소 에너지를 사용하겠다고 밝혔다.

독일은 오래전부터 수소 사회로의 진입을 준비하고 있다. 2004년부터 2015년까지 진행된 ‘클린에너지파트너십(CEP)’을 통해 수소충전소를 확충하고 수소전기차 시범주행 등을 실시했다. CEP 프로젝트는 대도시를 중심으로 9개 고속도로를 연결, 독일 전역을 수소전기차 운영권역으로 만드는 것이 주된 목표다. 독일은 CEP 프로젝트를 통해 수소충전소 57곳(2018년 기준)을 구축하는 성과를 거뒀다. 2017년부터는 ‘H2 모빌리티 프로젝트’를 추진 중이다. 수소충전소 사업계획 책정과 보급지역 분석 및 실제 운영을 위해 에너지기업체 6개사가 공동 출자회사 형태로 참여했다. 프랑스 발전설비회사 알스톰이 개발하고, 독일 잘츠기터 공장에서 제작한 세계 최초의 여객용 ‘수소연료전지 열차’ 운행도 앞두고 있다. 이 열차는 수소 에너지를 사용, 최대시속 140km/h의 속도로 한 번에 1,000km를 주행할 수 있다.

미국은 캘리포니아주 정부가 적극적으로 수소 에너지를 도입하고 있다. 풍력발전의 잉여전력과 천연가스 인프라를 활용해 수소를 생산 및 공급하는 ‘윈드투에이치투(Wind2H2)’ 프로젝트를 진행 중이고, 자동차 제조사에 친환경차 판매를 의무화하는 조항인 ‘ZEV(Zero Emission Vehicle)’ 규정도 도입했다. 주정부와 기업의 협력도 원활하게 이뤄지고 있다. 민관 합동으로 ‘수소연료 파트너십(California Fuel Cell Partnership)’을 구축해 수소전기차 보급 및 수소 충전 인프라 확대를 추진 중이다. 캘리포니아 주정부와 연방정부, 현대차, GM, 메르세데스-벤츠 등 총 7개 자동차 제조사, 에너지 회사인 로열더치셸이 참여하고 있다.

영국은 ‘H21 Leeds City Gate’ 시범사업을 통해 도시 전체의 난방망을 100% 수소 에너지로 전환해 사용하는 실험을 단행하고 있다. 실제로 도시 전체에 화석 연료나 전기 에너지를 활용한 난방 시스템이 아닌 수소 에너지를 활용한 연료전지 시스템을 설치해 운용함으로써 실현 가능성 및 효용성을 판단하겠다는 포석이 깔려있다. 이외에도 영국 교통부는 수소전기차 확대를 위한 기금을 마련해 경찰차, 택시 등으로 활용할 수소전기차를 약 200여 대 구매할 예정이고, 영국 글래스고 항에 본사를 둔 퍼거슨 마린은 세계 최초의 수소 페리(선박)를 제작하겠다고 밝혔다. 영국 철도청은 2040년까지 디젤 전용 열차를 완전히 배제할 것을 제안했고, ‘버밍험 철도 연구 및 교육 센터(BCRRE)’는 영국에 첫 번째 친환경 여객용 열차를 투입하기 위해 ‘Hydro FLEX’ 프로젝트에 착수했다.

수소 사회로의 진입

환경적, 경제적 측면에서 긍정적인 영향을 가져다 줄 것으로 기대되는 수소 사회로의 진입은 전 세계적인 프로젝트로 분야를 막론하고 전방위적인 협력이 필요하다

각 국가와 기업들은 수소 사회의 주도권을 가져가기 위해 끊임없는 연구를 진행 중이다. 다만 이런 노력만으로 수소 사회에 진입할 수 있는 것은 아니다. 수소 에너지 활용에 대한 인식 개선, 주요 인프라의 선행 구축, 수소 에너지 관련 기술의 보편화 등 민감한 사항들도 해결해야만 한다.

실제로 대부분의 사람들은 수소가 가진 잠재력에 대해서는 공감하지만, 안전성이나 화석연료 대비 효율성에 대해선 의문을 갖는다. 수소 기술을 선도하고 있는 그룹은 수소 에너지에 대한 불안감 해소를 위해 수소 에너지의 다양한 활용 사례를 대중에게 더 많이 노출시킬 필요가 있다. 불안감의 해소는 대중의 관심과 사용 욕구를 불러일으키고, 이는 정부와 금융계를 비롯한 각 투자 그룹의 인프라 투자로 이어지는 선순환 구조를 만든다. 이를 위해서는 기술의 독점보다는 파트너십 구축을 통한 협력도 활발히 이뤄져야 한다.

수소 사회를 위한 전방위적인 협력이 필요한 것은 수소가 인류 전체의 골칫거리의 해결책이 될 수 있기 때문이다. 깨끗한 공기, 언제 어디서나 활용 가능한 경제적인 에너지, 새로운 일자리 창출까지. 수소 사회로의 진입은 선택이 아니라 필수에 가까워 보인다.