[이동호의 미래세상] 수소(Hydrogen)에 목숨 거는 대한민국 제대로 가는 걸까?
<사진설명>
`수소 강국 코리아`를 위해 한국 대표 기업들이 뭉친 `코리아 H2 비즈니스 서밋`이 지난 9월 8일 경기도 고양 킨텍스에서 창립 총회를 열었다. 총회에 참석한 허정석 일진홀딩스 부회장, 최윤범 고려아연 부회장, 이규호 코오롱그룹 부사장, 박정원 두산그룹 회장, 허세홍 GS그룹 사장, 신동빈 롯데그룹 회장, 최태원 SK그룹 회장, 정의선 현대차그룹 회장, 최정우 포스코그룹 회장, 김동관 한화그룹 사장, 정기선 현대중공업지주 부사장, 조현상 효성그룹 부회장, 구동휘 E1 대표, 김상범 이수그룹 회장(왼쪽부터)이 박수를 치고 있다.
■작금에 들불처럼 번지는 에너지대란 조짐■
전 세계 에너지 가격 상승세가 원유, 석탄에 이어 천연가스로 옮겨붙으면서 에너지 성수기가 닥아오는 현 시점에 에너지지대란이 오고 있는게 아닌가 하는 어두운 그림자가 짙게 드리우고 있다. 에너지 값 상승세가 코로나 팬데믹 이후 경기 회복에 걸림돌로 작용할 수 있다는 염려도 동시에 커지고 있다. 탄소배출권 가격이 최근 1년새 2배 넘게 급등하고 에너지원을 석탄에서 LNG로 급격하게 전환하는 시점에서 LNG 가격의 상승은 에너지대란을 증폭시킬 수 있다. 지난 11월1일 영국 글라스고에서 개최된 26차 유엔기후변화협약당사국총회(COP26)에서 발표한 2030 국가 온실가스 감축 목표(NDC)·2050 탄소중립 시나리오를 통해 1년 전 발표한 9차 전력수급계획보다 더 급진적인 탈탄소 정책을 내놓았다. 신재생에너지 비중을 2018년 6.2%에서 2030년 약 5배 높은 30.2%까지 끌어올리고 2050년에 석탄발전 전면 폐기로 가닥을 잡았다.기후협약에 참여치 않은 세계 최대 탄소배출국 중국과 4위 러시아는 탈탄소 중립 목표를 2060년까지 인도는 2070년까지로 잡고 있다. 여기서 중국에서의 전력 공급 부족으로 전 세계 공급망 붕괴는 전 세계 경제에 미치는 파급 효과가 코로나 팬데믹 이후 경제 회복 조짐에 치명적일 수 있다. 더군다나 유럽이 2026년부터 제품별 탄소배출량에 따라 세금을 부과하는 탄소 국경조정제도 도입을 예고했고 우리나라 역시 최근 탄소중립기본법을 제정했다. 탄소중립을 실현하기 위해 각국 정부, 기업들이 막다른 골목으로 내몰리고 있는 현실이다.
■왜 수소가 필요한가?■
친환경 에너지원으로 태양광, 풍력을 기반으로 하지만 궁극적 친환경 에너지원은 우주 질량의 75%를 차지하는 가장 풍부한 원소이자 고교 화학시간에 배우는 원소 주기율표의 첫 번째 자리를 차지한 수소(H)이다. 우주에서 가장 존재량이 많고, 생물의 생존에 꼭 필요한 물(H2O)을 구성하는 수소가 한국은 물론 세계 경제에 존재감을 드러내기 시작했다. 수소경제를 달성하기 위해서는 넘어야 할 과제가 많다. 수소의 생산부터 운반, 보관, 저장,소비까지 완벽하게 준비해야 하는 과정이 있기 때문이다.
수소는 질량 1g당 발열량이 석유보다 3배 이상 많지만 연소해도 소량의 물만 배출하는 고효율의 청정에너지원이다. 그러나 수소는 물질 특성상 자연 상태에서 독립적으로 존재하지 않는다. 물 또는 메탄(CH4)에서 분해해 내야 한다.메탄을 고온의 수증기와 반응시키는 '그레이수소'의 경우 수소 1kg에 이산화탄소 11kg이 배출되어 탄소배출의 주범이다. 이 그레이수소는 2019년 전 세계 수소 생산량 7000만t 중 76%를 차지했다. 나머지 24%는 석탄을 가스화해 추출하는 수소, 정유 및 철강 산업에서 부수적으로 생산되는 수소가 차지했다.
그레이수소의 단점을 카버하는 천연가스생산 과정에서 탄소를 포집하는 '블루수소'와 아예 탄소를 발생시키지 않는 '그린수소'의 중요성이 부각되고 있다. 특히 '그린수소'는 탄소중립 실현의 핵심으로 꼽히고 있다. 물을 분해하기 위한 전기를 태양광, 풍력 등 재생에너지를 통해 얻기 때문이다. 글로벌 시장에서 그린수소의 비중은 2030년에 10%에 도달할 것으로 예측된다. 한국 정부도 2030년까지 블루수소와 그린수소로 전체 수소 사용량의 절반을 채운다는 계획이다.
문제는 수소 생산 비용이 턱없이 높다는 점이다. 현재 국내 수소충전소에서 수소 가격은 1kg에 약 8400원, 현대차 넥쏘 6kg 탱크를 완전 충전하는 데 5만원 정도 든다. 각국 정부는 생태계 확대를 통한 대량 생산 체계 구축과 함께 기술 발전을 통해 그린수소 생산 비용을 낮추는데 중점을 두고 있다. 그린수소의 생산 가격은 현재 1kg당 평균 6달러 안팎인데 기술의 발전과 재생에너지 단가 하락 등에 힘입어 전 세계 수소 평균 가격이 60% 이상 내려갈 것으로 맥킨지는 전망했다.또 다른 예측으로 글로벌 컨설팅업체 PwC에 따르면 현재 6달러 안팎인 그린수소의 1kg당 생산 비용이 2050년에도 최소 3달러를 넘을 것으로 예상되는 국가는 한국과 일본뿐이라고 전망했다. 반면 미국은 최저 1.2달러, 중국과 캐나다도 1달러 선으로 추정했다.
■수소경제 규모와 우리의 준비 상황은?■
수소경제 규모는 어느 정도까지 커질까. 올해 2월 맥킨지가 내놓은 자료에 따르면 2050년 글로벌 수소경제 규모는 2조5000억 달러(약 2950조 원)다. 2020년 대비 7∼8배 수준에 도달할 것으로 추정된다. 글로벌 에너지 수요의 18%, 석유 기준으로는 132억6000만 배럴을 대체할 것으로 전망되고 있다.
수소를 에너지원으로 사용하려는 준비는 오래전부터 있었다. 1973년 1차 석유파동이 발생하자 각국은 석유 의존을 줄일 대안 중 하나로 수소에 주목하기 시작했다. 한동안 잠잠했던 수소에 대한 관심은 지구온난화 문제가 심각해지자 대안 청정에너지로 급부상했다. 기업관계자, 관료, 대통령, 국제기구 수장들까지 수소가 미래라고 말한다. 그 중에서도 한국은 수소경제 구축에 적극 대응하는 국가 중 하나다. 1998년부터 수소연료 전지 연구에 나선 현대자동차는 세계 최초 양산형 수소전기차 ‘투싼ix’를 내놓았고, 진화된 수소전기차 넥쏘를 앞세워 현재 세계 수소차 판매량 1위를 차지하고 있다. 그러나 수소차 판매량 1위라는 수치는 수소 산업화 초기 단계의 수치일 뿐이고 전 세계의 대세는 전기차이기 때문에 큰 의미는 없는 수치이다.
현대차그룹은 수소동맹을 앞세워 한국의 수소경제의 리딩 회사로 한국의 미래 신산업으로 수소산업을 선도하고 있다. 이외에도 SK그룹, 포스코그룹 등 국내 주요 대기업들은 수소경제 생태계를 함께 키우기 위해 9월 ‘코리아 H₂ 비즈니스 서밋’을 열고 43조 원 이상을 투자하겠다는 계획을 발표했다. 정부는 2019년 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 내놓은 데 이어 지난달 7일 국내 수소 사용량을 현재 22만t에서 2050년 2700만t으로 늘리는 내용을 담은 ‘수소선도국가 비전’을 추가로 발표했다.
■3000조 수소시장 공략 15개사 수소동맹으로■
올해 9월 8일 '주식회사 대한민국'을 이끄는 주요 기업 최고경영자(CEO)들이 수소 시장 선점을 위해 '도원결의'에 나섰다.
세계 수소기업 협의체인 수소위원회와 맥킨지가 최근 발간한 '수소 인사이트 보고서'에 따르면 전 세계에서 수소와 관련된 대규모 프로젝트는 올 7월 현재 359건에 달한다. 불과 5개월 만에 3배가량 증가한 셈이다. 수소위원회는 이들 프로젝트를 근거로 2030년까지 전 세계 수소 사업 투자 규모가 5000억달러에 달할 것으로 전망했다.
유럽연합(EU)은 전체 에너지에서 수소가 차지하는 비중을 현재 2~3% 수준에서 2050년까지 14%로 확대하기 위해 청정수소 생산에만 최소 1800억유로를 투자하겠다는 방침을 세웠다. 미국은 2030년까지 수소차 누적 보급 120만대, 수소충전소 4300개 구축을 골자로 하는 수소경제 로드맵을 추진하고 있다.
중국은 2030년까지 수소차 100만대와 충전소 1000기를 설치하고 수소버스, 발전용 연료전지 연구개발(R&D)도 강화할 계획이다.
일본도 지난해 12월 '그린성장 전략'을 발표하며 수소 발전 확대를 발표하고, 향후 10년 동안 3조원을 수소 R&D에 투자하기로 했다. 현재 160여 곳인 수소충전소도 2030년까지 1000개로 확대해나가기로 했다.
국내 기업들도 시장 선점을 위해 과감한 투자에 나서고 있다. 코리아 H2 비즈니스 서밋에 참여한 15개사 중 현대자동차, SK, 포스코, 롯데, 한화, 효성 등이 2030년까지 투자하겠다고 밝힌 금액은 줄잡아 47조8000억원에 달한다.
■정부의 수소 선도국가 계획■
정부가 글로벌 수소기업 30개 육성과 일자리 5만개 창출을 위해 민간 투자에 세액공제와 같은 각종 금융 패키지를 전폭 지원하기로 했다. 산업통상자원부는 지난달 7일 이 같은 내용을 담은 수소 선도국가 비전을 발표했다.
수소 생산 부문에서는 실증 지원 등을 통해 2030년까지 100만t, 2050년까지 500만t의 국내 청정수소 생산 체제를 구축하기로 했다. 구체적으로 천연가스와 이산화탄소 포집설비를 이용해 생산한 블루수소의 경우 2030년 75만t을 생산하고 2050년에는 200만t으로 생산을 늘린다. 태양광·풍력 등 재생에너지로 만든 그린수소는 제주도, 새만금 등 대규모 재생에너지 프로젝트를 활용해 2050년까지 300만t을 생산할 계획이다.
이를 바탕으로 2050년 수소 자급률 50%를 달성한다는 목표다. 청정수소의 해외 도입도 확대한다. 현대글로비스 등 10개 기업은 호주에서 블루·그린 암모니아 300만t을 도입한다. 유통 부문에선 청정수소를 다방면에 편리하게 사용할 수 있도록 수소 인프라스트럭처를 더욱 확대하기로 했다. 암모니아 추진선을 2025년 상용화하고 액화수소 운반선도 2031년까지 조기에 상용화한다. 수소차 충전소는 2030년까지 660기 이상 확충한다. 수소 활용 부문에서는 2030년까지 수소차 가격을 절반으로 낮추고 주행 거리를 두 배 늘린다. 수소 전문 대학원·대학교 과정을 신설해 2030년까지 일자리 5만개를 창출할 계획이다.
■정의선의 수소차 승부수는 수소연료전지 시장 선점이다.■
현대자동차는 세계 수소연료전지차(수소전기차) 부문에서 부동의 1위 업체다. '넥쏘' 생산을 앞세워 '미라이'의 도요타를 일찌감치 따돌렸다. 수소전기트럭 '엑시언트'까지 생산 중이다. 이들 수소전기차에 들어가는 핵심 부품은 역시 연료전지다.
지난달 6일 인천 청라국제도시에서는 현대모비스의 연료전지 신공장 기공식이 열렸다.
신형 넥쏘 출시, 엑시언트 수출, 중국 광저우에 첫 해외 수소연료전지 공장 착공 등을 착착 이행해온 현대차그룹은 최근 2040년 수소 대중화까지 선언했다. 앞으로 출시할 버스나 트럭 등 상용차 새 모델은 모두 수소전기차나 순수전기차로 내놓고 2028년까지 모든 상용차에 수소연료전지 시스템을 적용하기로 한 것이다. 모든 상용차 브랜드에 수소차 모델을 1개 이상씩 배치하기로 한 건 세계 완성차 업계 최초다.
현대차그룹이 수소 분야에 강점을 갖는 건 핵심 부품인 수소연료전지 시스템을 자체적으로 개발할 수 있기 때문이다.
현대차 정의선 회장의 지난 1년간 행보의 밑바탕에 수소가 있다면 그 위에 놓일 큰 그림은 "미래 이동수단의 체질을 바꾼다"는 것이다. 순수전기차와 수소전기차를 생산 중인 현대차그룹은 도심항공교통수단(UAM)과 로보틱스 사업도 펼치고 있다. UAM은 상용화 시기가 멀었지만 로봇은 이미 현장에 투입되고 있다. 모두 '사람의 이동'을 좀 더 편하게 하는 데 목적을 둔다.
이제 국내외 완성차 업계는 정 회장의 수소 야심이 어디까지 다다를지 주목하고 있다. 현대모비스 인천·울산 신공장은 그 시금석이 될 전망이다. 현대모비스 인천·울산 신공장은 내년 하반기 완공된다. 본격 가동은 2023년부터다. 양산 초반을 넘어 대략 2025년부터 두 공장에서만 연간 10만기의 수소연료전지가 생산될 전망이다. 고용도 1500명가량 창출될 것으로 예상된다.
현대모비스는 이미 충북 충주에도 연간 2만3000기 수준의 수소연료전지를 생산 중이다. 이곳은 2018년 구축된 세계 최초 수소연료전지 시스템의 통합 생산기지다. 2025년에는 충주 공장도 증설을 통해 생산량이 더 늘어날 전망이다. 이번 인천·울산 공장 건설에 투입되는 돈은 1조3000억원이다.
인천과 울산 공장은 이원화 체제로 운영될 예정이다. 인천 청라 공장은 연료전지 스택(수소와 공기의 전기 화학 반응을 통해 전기에너지를 만드는 핵심 부품)을 생산하고 이를 울산 공장에서 받아 연료전지 시스템(스택과 수소·공기 공급 장치, 열 관리 장치를 결합한 것)으로 최종 제품화해 완성차에 공급한다. 현재 현대모비스가 생산하고 있는 연료전지 시스템은 주로 차량용으로 사용되지만 앞으로는 건설 기계, 물류 장비, 일반 발전 등 다른 부문에도 공급될 전망이다. 현대모비스는 이미 지난해 수소 지게차에 들어가는 연료전지 파워팩을 독자 개발해 건설 기계 분야에서 연료전지 활용 가능성을 열어놨다.
■기업들 앞다퉈 수소경제 투자■
롯데케미칼, 포스코, 삼성엔지니어링이 수소 산업 발전과 탄소중립에 기여하기 위해 삼각동맹을 맺었다. 지난달 28일 롯데케미칼은 서울 잠실 시그니엘 호텔에서 포스코, 삼성엔지니어링과 '국내외 수소 사업 개발을 위한 파트너십 구축'에 대한 양해각서를 체결했다고 밝혔다. 3사는 이번 양해각서 체결을 통해 해외 블루·그린 수소 도입을 통한 탄소중립(넷제로·Net Zero) 실현, 국내외 수소 사업의 개발·투자·운영 등을 협력하기로 했다. 각 분야에서 전문성과 경험자산뿐만 아니라 그동안 진행해온 수소 관련 성과를 공유해 시너지 효과를 발휘해 대한민국 수소경제를 선도하겠다는 구상이다.
롯데케미칼은 ESG경영(환경·책임·투명경영) 전략과 친환경 목표인 '녹색 약속(Green Promise) 2030'에 맞춰 지난 7월 2030년 탄소중립 성장 달성과 함께 국내 수소 수요의 30%를 공급하겠다는 내용이 담긴 친환경 수소사업 로드맵을 발표했다.
포스코는 2050년까지 그린수소 500만t 체제를 구축하겠다는 청사진을 세우고, 석탄 대신 수소를 사용해 철을 만드는 수소환원제철을 상용화해 단계별로 기존 고로를 대체해 탄소중립을 달성하겠다고 발표했다.
삼성엔지니어링은 지난 3월 삼성벤처투자가 결성한 투자조합에 300억원을 출자하며 친환경 기술 확보에 나섰고, 6월에는 글로벌 에너지 기술기업 베이커휴즈와 '탄소포집·이용·저장기술(CCUS)과 수소 에너지 이용'에 대한 업무협약을 체결했다.
지난달 7일 삼성엔지니어링은 말레이시아 사라왁 그린 암모니아 프로젝트에 참여하며 수소, 블루 암모니아, 그린 암모니아, 그린 메탄올을 생산하는 대단위 프로젝트를 삼성엔지니어링, 포스코, 롯데케미칼, 말레이시아 SEDC에너지와 4자 간의 생산합작의 예비타당성 조사를 진행한다고 발표했다.
GS에너지는 아부다비 국영 석유회사인 ADNOC와 수소사업 협력을 위한 양해각서(MOU)를 체결했다고 밝혔다. 또한 올해 하반기 블루 암모니아 국내 도입 실증을 진행하고 2025년 국내 최초로 해외 생산 블루암모니아 도입 체계를 갖춘다는 계획이다.
SK E&S는 그린수소의 경제성이 확보될 때까지 부생수소와 블루수소를 단계적으로 생산·공급한다는 계획을 밝혔다. 1단계로 2023년까지 SK인천석유화학 단지에 연 3만t 규모의 세계 최대 수소 액화플랜트를 완공한다. 2단계로는 2025년까지 보령 LNG터미널 인근 지역에서 이산화탄소를 친환경적으로 제거한 블루수소를 연간 25만t 생산한다.
SK그룹 최태원 회장은 미국 수소 에너지 선도기업인 플러그파워의 앤드루 J 마시 대표와 아시아 수소시장을 공략하기 위한 합작법인 설립에 합의했다고 발표했다. 플러그파워의 수소 핵심기술과 SK그룹의 에너지 네트워크 등 양사의 강점을 앞세워 아시아 지역 수소생태계를 함께 만들어 나간다는 사업 목적이다. 양사는 2024년까지 수소연료전지, 수전해 설비 등 수소사업 핵심 설비를 대량 생산할 수 있는 '기가팩토리 앤드 연구개발센터(Giga Factory & R&D Center)를 수도권에 건설하고 여기서 생산되는 설비로 아시아 수소시장 공략에 나설 예정이다.
최태원 회장은 미국 그리드솔루션 기업인 KCE(Key Capture Energy)의 비숍 대표와 만나 SK E&S가 지난 9월 KCE의 지분 95%를 인수하며 경영권을 확보한데 따른 만남에서 그리드솔루션의 중요성을 강조했다. 그리드솔루션이란 재생에너지 증가에 따른 전력공급의 변동성을 보완하기 위해서 에너지저장장치(ESS)를 활용하는 과정에서 인공지능(AI) 기술을 접목해 전기 공급을 안정적으로 유지하는 산업을 말한다. 최 회장은 "향후 재생에너지 확산을 위해 전력망 안전성 확보가 중요한 만큼 그리드솔루션은 넷제로(Net Zero·탄소중립)를 앞당길 수 있는 핵심 기술"이라며 "KCE의 역량과 SK그룹의 AI, 배터리 기술을 접목하면 미국 1위 그리드솔루션 사업자로 성장할 가능성이 매우 높다"고 강조했다. 비숍 대표는 "KCE는 미국의 그리드 솔루션 시장을 연 선도자이자, AI 기술을 ESS 기반 전력 거래에 성공적으로 적용한 첫 사업자"라며 "SK그룹과 긴밀히 협력해 미국 1위 그리드 솔루션 사업자로 성공함과 동시에 미국의 탄소 저감 및 넷제로 실현에 기여할"것이라 답했다.
■과연 지금 가는 길이 맞는가에 대한 반론도 들어보자■
이덕환 서강대 화학·과학커뮤니케이션 명예교수는 "수소 상용화는 먼 길이다. 환상을 갖기 앞서 기초연구를 집중할 때이다"고 강조했다. 그러면서 덧붙이기를 "탄소·질소와 결합해 있는 수소는 생산하는 과정부터 난제가 산적해 있다. 그리고 수소는 폭발성이 강해 운반·저장이 힘들고 활용 기술도 아직 걸음마 단계이고 경제성을 갖추려면 연구가 더 필요하다"고 강조했다. 특히 그는 "탈원전을 유지하면서 탄소중립은 요원하다"고 잘라 말했다. 그의 반론을 구체적으로 살펴보자.
망국적인 탈원전을 고집하면서 태양광·풍력에 매달리던 정부가 느닷없이 수소경제·탄소중립을 들고나왔다. 태초의 깨끗함을 간직하고 우주의 어디에나 지천으로 널려 있다는 청정 수소를 이용한 탄소중립으로 녹색성장과 기후위기 대응의 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있다는 것이다.
수소가 우주의 75%를 차지하고 있는 것은 사실이다. 그런데 지구의 사정은 딴판이다. 세상에서 가장 가벼운 수소는 대부분 지구의 중력을 뿌리치고 우주로 빠져나가 버렸다. 결국 지구에서 수소는 쉽게 활용하기 어려운 희소 자원이다.
그마저도 탄소(탄화수소)·질소(암모니아)·산소(물)가 독차지하고 있다. 수소경제를 일으켜줄 수소를 채워야 할 연료탱크는 텅텅 비어 있다는 뜻이다.수소 연료탱크를 채우고, 활용하려면 여전히 미완성인 고난도의 정밀화학 기술을 개발해야 하고, 강릉에서 직접 경험한 초음속 폭발 위험도 감수해야만 한다. 탄소섬유와 수소 누출 감지기만으로 수소의 폭발 위험을 극복할 수는 없다. 값싼 원전과 화석연료에 길들여진 기업과 소비자들에게 미래학자 제러미 리프킨의 수소경제는 여전히 아득한 꿈이라는 뜻이다. 리프킨의 수소경제는 수소의 화학적 현실과 심각성, 위험성을 외면해버린 비현실적인 공상과학 소설일 뿐이다.
수소를 생산하는 일부터 쉽지 않다. 뜨거운 수증기로 천연가스(메탄)를 개질(改質)하는 기술은 탄소중립과 거리가 멀다. 태양광·풍력·원전으로 생산한 전기로 물을 전기분해하는 수전해 기술의 실용적 가치도 지극히 제한적이다.
간헐성 극복이 불가능할 정도로 심각한 태양광·풍력을 이용한 전기분해는 경제성이 없고, 폭발성이 강한 초고압 수소 기체의 운반·저장도 쉽지 않기 때문이다. 해외에서 수소의 80%를 수입하겠다는 발상은 설익은 환상이다. 수소는 중동·북아프리카에서 무진장으로 생산할 수 있는 천연자원이 아니다.
수소의 활용 기술도 걸음마 단계다. 코크스 대신 수소를 이용하겠다는 '수소환원제철'은 선무당들로 구성된 탄소중립위원회의 '시나리오 초안'에나 등장하는 미래 기술이다. 아무리 모험적인 기업이라도 함부로 투자할 수 있는 수준으로 완성된 기술이 절대 아니다. 제철공장의 '용광로'를 고철을 녹이는 '전기로'로 대체하고, 플라스틱·합성섬유·합성고무·휘발유의 원자재인 납사(나프타)를 폐식용유 수준의 바이오와 수소로 전환하겠다는 탄중위의 발상도 어처구니없는 것이다. 수소경제는 제철·정유·화학 등의 주력 제조업을 포기해야만 가능한 것이다.
수소를 액화시키는 기술도 간단치 않다. 영하 240도의 초고성능 특수 냉동기가 필요하다. 혹시라도 냉동기에 문제가 생기면 액체 수소는 당장 걷잡을 수 없는 파괴력을 가진 흉기로 돌변한다. 수소 연료전지 자동차가 도심의 공기를 깨끗하게 정화해주는 공기청정기라는 주장도 명백한 과장이다. 영국 광고표준위원회는 우리 자동차 회사의 광고를 금지시켰다.
물론 내수 활성화와 경제성장이 중요하듯이 청정·녹색·지속가능한 에너지를 기반으로 하는 탄소중립도 함부로 포기할 수 없다. 기후위기의 극복을 위한 국제 사회의 노력에는 적극적으로 동참해야 한다. 탄소중립은 21세기의 윤리적 당위이기 때문이다. 현실적인 이유도 있다. 이제 막 선진국 대열에 합류하고 있는 우리에게 도널드 트럼프 전 미국 대통령과 같은 통 큰 배짱을 기대할 수는 없다. 텅 빈 거름 지게라도 짊어지고 선진국을 따라나설 수밖에 없는 형편이다.
그렇다고 탄소중립을 질퍽한 잔치판으로 착각해서 앞장서서 현란한 막춤을 출 이유는 없다. 우리가 '수소강국'이라는 주장은 억지다. 우리가 수소 발전 시장의 43%와 수소 자동차 시장의 73%를 선점하고 있다는 주장부터 그렇다. 세계적으로 수소 시장은 점유율을 들먹일 정도로 성숙되지 않은 상태다.
'생활 속의 작은 실천'을 모아서 탄소중립·녹색성장의 꿈을 이루겠다는 대통령의 인식도 매우 위험한 것이다. 온실가스 순배출량을 0으로 만드는 일은 결코 만만치 않다. 특히 명백한 탄소중립 기술인 원전을 포기하는 탈원전을 전제로 한 탄소중립은 현실적으로 불가능하다. 공격적이고 모험적인 기술 혁신이 반드시 필요하다. 그런 탄소중립을 쓰레기 분리수거나 종량제 정도의 노력으로 달성하겠다는 주장은 무모한 것이다.
수소는 '에너지 전달·저장'으로 용도가 제한될 수밖에 없는 미완성의 미래 기술이다. 선동적 구호에 휩쓸린 섣부른 과속 투자는 독약이다. 수소 과학의 지평을 넓히기 위한 기초 연구에 집중할 때다. 수소의 핵융합에 대한 더 많은 관심도 필요하다.
■전기차냐? 수소차냐?■
이덕환 명예교수의 반론과 더불어 탄소중립 실현을 위한 모빌리티 산업에서 수소차와 전기차 시장의 흐름에 대해서도 고찰해 볼 필요가 있다.
전세계 자동차사들이 미래 모빌리티를 바라보는 시각에 차이가 발생하면서 각기 다른 전략을 짜고 있다. 각기 다른 글로벌 자동차사들의 선택은 미래 자동차업계의 지도를 크게 바꿀 것으로 예상된다. 현대차는 전기차와 수소차 중 하나를 올인하는 전략이 아닌 '투트랙' 전략을 펼치고 있어 경쟁사들보다 위험도가 낮다는 평가다.
현대차 관계자는 "전기차와 수소차 등 대표적인 친환경차 시장에서 모두 글로벌 리더가 되겠다는 ‘투트랙’ 전략을 펼친 결과 비용은 많이 들어도 좋은 성과를 얻어내고 있다"고 말했다.
업계에 따르면 글로벌 전기차 1위인 테슬라와 2위 폭스바겐은 전기차가 미래 모빌리티 시장을 장악할 것으로 보고 전기차에 집중하고 있다. 지난 3월 15일 허버트 디스 폭스바겐 최고경영자(CEO)는 영국 파이낸셜타임스(FT)와 인터뷰에서 "시장에서 폭스바겐이 만든 수소전기차를 (소비자가) 보게 되는 상황은 없을 것"이라고 말했다. 폭스바겐이 수소차 시장에 뛰어들 생각이 없음을 분명히 알린 것이다.
테슬라는 당연히 전기차에 올인하고 있다. 알론 머스크 CEO는 "수소전지는 바보같은 연료다. 수소차 시대는 오지 않는다"고 2015년 미국 오토모티브 뉴스 월드 콩그레스에서 밝혔고, 지난해 6월엔 트위터에 배터리와 수소연료전지의 효율성 격차를 지적하며 "수소연료전지는 바보들이나 파는 것"(fuel cells=fool sells)이라고 조롱까지 했다.
테슬라 시가총액은 올해 11월 1일 1조2000억달러로 국내 총생산(GDP) 세계 14위인 스페인(1조2800억달러)과 비슷한 규모가 됐다. 이날 테슬라 주가는 1208.59달러에 거래를 마쳤다.이는 전세계 6개 자동차업체 시가총액을 합친 것보다 많다. 전 세계에서 이렇게 단기간 시가총액이 급증한 기업은 없다는 점과 전기차 시대로 빠르게 변해가는 상황을 볼 때 테슬라의 전기차 올인 전략은 성공을 거두고 있다고 평가된다.
이와는 달리 전세계 자동차 판매 1위인 일본 토요타는 전기차보다는 수소차에 더 집중하고 있다. 토요타는 친환경차의 최종목적지는 수소차라고 판단한다. 주행거리가 길어질수록 배터리가 비싸지고 무거워 지면서 수소차만큼 효율을 내지 못하기 때문에 수소차가 미래차의 대세가 될 것이라는게 토요타의 생각이다. 토요타 아키오 회장은 "전기차에만 메달리는 서방 자동차사들을 이해할 수 없다"고 말하기도 했다.
토요타는 경쟁사들이 전기차를 만들 때 지난해 1월 신형 수소차 미라이를 출시하고 수소사업을 확대했다. 지난해 12월 포르투갈 버스 제조업체인 카에타노 버스의 지분을 인수하며 유럽 수소버스 시장 선점에 나섰다.
이러한 현대차의 투트랙 전략이 시장에 통하면서 전기차에 집중하던 경쟁사들이 부랴부랴 수소차 사업에 손을 대려는 모습도 연출되고 있다.
프랑스 르노그룹은 올해 초 수소연료전기 업체인 미국 플러그파워와 합작법인을 설립하고 수소 상용차 시장에 진출한다는 계획을 밝혔다.
메르세데스-벤츠의 모회사인 독일 다임러는 지난해 스웨덴 볼보트럭과 수소연료전지 시스템 개발을 위한 합작사를 출범했다. 양사는 2023년 시범 운행과 2025년 판매를 목표로 첫 수소전기트럭 콘셉트카인 ‘젠H2’(GenH2)를 선보였다.
미국 제너럴모터스(GM)도 수소차업체 니콜라와 지분인수 등 20억달러 규모의 전략적 파트너 관계에 합의하며 수소차 사업에 강한 의지를 보인 바 있다.
자동차업계 관계자는 "글로벌 자동차사들이 미래차를 바라보는 관점에서 차이를 보이며 각기 다른 전략을 펼치고 있다"며 "현대차는 투트랙 전략을 구사하면서 어느 쪽이 대세가 되더라도 따라갈 수 있다는 점에서 미래차 시장의 승자가 될 수 있는 자격을 갖췄다"고 말했다.
■폐열로 화석연료 필요없는 '친환경 수소' 생산■
여기서 주목할만한 학계의 신기술 개발 사례를 소개한다.
가동 중인 고온 원자로나 석탄 화력발전소에서 버려지는 폐열을 이용한 열에너지로 수소를 생산하는 연구가 국내에서 시도되고 있어 관심을 모으고 있다. 진현규 포스텍 기계공학과 교수 연구팀은 1000도 미만의 열에너지로 물을 분해해 수소를 생산하는 ‘열화학 물분해 기술’을 개발하고 있다.
진 교수 연구팀이 연구 중인 ‘열화학 물분해 기술’은 수전해와 유사하지만 전기에너지가 아닌 열에너지로 물을 분해해 수소를 얻는 기술이다. 개질 수소에 비해 탄소가 발생하지 않는 동시에 버려지는 폐열을 활용해 경제성도 확보할 수 있다는 장점이 있다.
문제는 열화학 물분해를 하려면 2000도 이상의 매우 높은 온도의 열에너지가 필요하다는 점이다. 저온의 열에너지로 화학반응을 이끌기 위해 촉매물질을 사용해도 현재 기술로는 1300도 이상 고온의 열에너지가 필요하다. 화력발전에서 나오는 폐열의 온도가 약 600도라는 점을 감안하면 기존 인프라를 활용하기 힘들어 상용화하기 쉽지 않다.
진 교수는 “반응할 수 있는 열에너지의 온도를 낮춰야 기존 발전소의 폐열이나 화학 공장에서 발생하는 열에너지를 재활용해 그린 수소를 생산할 수 있게 된다”고 설명했다. 진 교수 연구팀은 현재 열화학 물분해 화학 반응에 필요한 열에너지의 온도를 1000도 미만으로 낮추는 새로운 촉매물질과 반응 메커니즘을 연구 중이다.
진 교수는 “조만간 의미 있는 연구 성과가 나올 것으로 본다”며 “기술이 개발되면 기존의 발전소나 화학 공장 인프라는 물론이고 미생물·식물 등 생물 연료로 에너지를 추출하는 바이오매스 에너지로도 열에너지를 얻을 수 있어 친환경 그린 수소 생산이 가능해질 것”이라고 기대했다.
■수소혁명을 성공시키기 위해서는...■
인류의 진화 과정을 보면 동력원의 변화에 따라 세상이 진화되고 있음을 알 수 있다. 원시사회는 인간의 힘이 동력원이었다. 사람이 농사를 짓거나 고기잡이로 생계를 꾸려 나갔다. 그러다가 바퀴를 발명하고나서 물레방아로 동력을 만들어 식생활의 변화를 가져오고 수레를 만들어 비로소 이동수단으로 활용하기 시작한다. 다음으로 석탄을 사용하여 내연기관을 발명하여 증기기관차를 만들어내고 산업혁명이 일어난다. 이후1800년 대에 석유의 발견으로 석유사회인 고도공업화 사회로 진입하여 현재에 이르고 있지만 역설적으로 탄소배출로 인한 지구온난화로 인한 이상기후 현상으로 기후위기 대응에 나서지 않으면 지구의 종말을 가져오는 시대에 들어섰다. 여기에 새로운 동력원으로 수소를 활용하여 수소혁명을 이루자는 공강대가 형성되기 시작했다.
그러나 수소에 대한 불안한 요소도 만만치 않아 상용화까지는 갈 길이 먼 것도 사실이다.
투자적인 측면에서 보면 에너지원으로 쓸 수소를 얻기 위해서는 별도의 에너지를 투입해야 하는데 예를들면 물을 전기분해해 수소를 얻을 경우 수소를 얻기 위한 전기 생산 과정에서 탄소가 발생하는 문제점이 나오기 때문에 이와같은 수소 사업의 불확실성을 해소하고 관련 시장을 주도하기 위해서는 기초·원천 기술 확보에 적극적으로 투자할 필요가 있다.
지금까지 대한민국은 반도체, 철강, 조선 등에선 모두 앞선 국가들이 있었고 우리는 따라가기만 하면 됐다. 그러나 수소는 우리가 가장 앞서가는 분야인 만큼 정부와 기업, 학계, 연구소 등이 함께 방향을 결정하고 만들어나가야 한다. 아직 가보지 않은 길인 만큼 기업들이 적극적인 합종연횡을 통해 투자 리스크를 줄일 필요가 있다. 현재 우리가 나아가야 할 길은 이미 주사위는 던져졌다. 따라서 현재 수소 패권 경쟁에서 대형화와 속도감 있는 전개 속도가 목표가 되어야 한다. 기업들이 적극적인 협업과 공동 투자, 공동 기획을 논의해 가치사슬 전후방의 불확실성을 줄여나가는 것이다.
수소경제가 구축되면 에너지 자급이 가능할 것으로 기대하지만 실제는 여전히 2050년에도 수소 수입국에 머물면서 사우디아라비아 등 중동 지역에서 생산된 수소를 수입할 것으로 예측되어 에너지 자급문제는 쉽지 않을 것이라고 염두에 두고 궁극적으로 수소 생산비를 낮추고 해외의존을 줄여가는 방법을 모색해 나가야한다. 이러기 위해서 수소 생산과 활용은 물론 수입, 유통, 보관 등까지 전방위적인 대책을 마련해야 한다. 아울러 수소 생산 가격이 싼 지역의 기업과 협력하는 것은 물론 수소를 안전하고 손실 없이 운반하기 위한 선박과 냉각 및 보관 기술까지 확보해야 한다.
이처럼 대한민국이 수소혁명을 성공시키기 위해서는 기업들의 혁신적 사고의 전환이 필요하다. 예를들면 수소로 철강 제품을 만드는 기술인 '수소환원제철'을 연구 중인 포스코는 호주 가스기업과 그린수소 생산 및 운반을 위한 협약을 맺었다.
현대중공업 등 조선사들은 액화수소 운반선, 수소를 운반하기 위한 암모니아 추진선 등을 개발하고 있다.
위의 사례에서 보듯이 수소동맹 기업들의 혁신 사례들이 계속해서 나와야 대한민국의 수소혁명은 성공할 수 있다.
아울러 정부도 사고의 전환이 필요하다. 수소경제에 엄청난 비용이 필요한 것은 자명한데 표플리즘 정치를 위해 무제한 살포하는 재난지원금을 선별 지급으로 전환하고 기업들이 수소경제에 선별 투자할 수 있도록 자금 지원하는데에 정부가 총력을 기울여 집중해야만이 수소혁명이 성공하여 대한민국이 글로벌 경제 무대에 강자로 우뚝 설 수 있다.