수소사회로의 전환을 위한 첫번째 과제,
청정 수소 생산

수소는 생산 방식에 따라 그레이수소, 블루수소, 그린수소 3가지로 분류됩니다. 그레이수소는 석유나 천연가스 등 화석연료에서 얻어내는 수소로, 생산 과정에서 CO2가 발생합니다. 블루수소는 그레이수소 생산 시 발생하는 CO2를 포집하고 저장해 탄소배출을 최소화한 수소입니다. 그린수소는 신재생 에너지로부터 얻은 전기와 수전해 기술(물과 전기를 반응시켜 수소를 생산)을 활용해 생산된 수소입니다. 에너지 패러다임의 전환과 지속가능한 미래를 위해서는 그린수소 사용이 필연적입니다.

그린수소 생산 방식에도 다양한 형태가 있습니다. 그 중에서 그린수소라고 하면 가장 일반적으로 떠오르는, 신재생 에너지를 활용하여 생산된 그린 수소에 대해 자세히 알아보겠습니다.

그린수소가 상용화되려면 생산 원가를 낮춰 가격 경쟁력을 갖추어야 합니다. 자료 1은 그린수소의 생산 원가를 낮추는 다양한 요소를 나타내며, 수전해 설비 비용과 발전 단가가 가장 큰 영향을 미친다는 점을 보여주고 있습니다. 향후 신재생 에너지 발전 단가가 낮아지고, 수전해 설비 비용을 개선한다면 경제성 있는 그린수소 생산이 가능해질 것입니다.

* 설비 부하 시간 :
정지 시간을 제외하고 설비가 실제 가동된 시간입니다.
1년은 8,760시간이므로 3,200→4,200시간의 뜻은 설비 가동률이 36%에서 약 48%로 상승했다는 것을 의미합니다.

** WACC (할인율) :
미래의 현금(Cash flow)을 현재의 가치로 바꿀 때, 곱하는 비율을 의미합니다.
수소 생산 원가(1년 동안 발생한 비용/1년 수소 생산량)를 정의하기 위해서는 매년 얼만큼의 비용이 투입되는지 정의가 필요합니다.
하지만 설비 투자는 사업 초기에 집중되고, 그 이후로는 발생하지 않습니다.
따라서 매년 발생한 설비 투자비는 얼마인지 재정의가 필요하며 “전체 설비 투자비(CAPEX) x 자본회수계수(CRF)”로 정의할 수 있습니다.
여기서 언급된 자본회수계수는 WACC에 비례하며, 아래 과정에 의해 WACC가 줄어들면 수소 생산 원가도 줄어들게 됩니다.
WACC ▼ → 자본회수계수 ▼ → 매년 발생한 설비 투자비 ▼ → 수소 생산 원가 ▼

그렇다면 기술 발전 이후에는 모든 국가에서 큰 가격 차이 없이 그린수소를 생산할 수 있을까요? 그렇지 않습니다. 지리적 요인도 그린수소 생산에 영향을 미치기 때문에, 기술 수준이 동일하더라도 국가별로 그린수소 생산 원가의 불균형이 발생할 수 있습니다.

크게 2가지 요인이 존재합니다. 먼저, 각 국가별 신재생 에너지의 생산 잠재력의 차이가 존재합니다. 사우디아라비아, 호주에서는 상대적으로 태양광 에너지가 풍부하고, 칠레나 북해 지역에서는 풍력 에너지가 풍부합니다. 따라서 신재생 에너지가 풍부한 국가에서 그린수소를 생산하는 것이 유리합니다.

또한 여유 토지 비율도 국가별로 상이합니다. 신재생 에너지 발전 설비를 농지나 산림, 습지나 보호지역에 설치할 수는 없을 것입니다. 따라서 국토의 지리적 환경 조건에 따라 국가의 그린수소 생산 잠재력도 달라집니다. 따라서 이러한 두 가지 이유로 신재생 에너지 발전 단가가 차이가 나며, 위에서 보았듯이, 신재생 전력 단가는 그린수소 생산 원가에 큰 영향을 미쳐, 국가별로 그린수소 생산 원가의 차이가 존재합니다.

자료 2는 각 국가별로 태양광 에너지의 분포를 나타낸 그래프입니다. 중동, 아프리카, 호주 지역에서는 태양광 에너지가 풍부하나 한국, 유럽에서는 상대적으로 부족한 것을 알 수 있습니다. 풍력 에너지 역시 국가별로 상이합니다.

* GHI : Global Horizontal Irradiance, 지구의 수평면에서 전자기 복사 형태로 받은 태양광 에너지 (단위 면적 당 전력량으로 표현)

위에서 살펴본 것처럼 각 국가별 신재생 에너지 발전량, 지리적 요건 차이 등으로 인해 국가별 그린수소 생산 원가는 상이할 것으로 예상됩니다. 자료 4는 2030년과 2050년 그린수소 생산 원가의 글로벌 맵을 나타냅니다.

수전해 설비 및 신재생 에너지 설비의 글로벌한 기술 발전을 통해 2030년 대비 2050년에는 그린수소 생산 원가가 감소할 것입니다.

하지만 국가별로 생산 원가의 차이가 발생하고, 지리적 요건에 따라 그린수소 생산 경쟁력이 낮은 국가도 있습니다. 한국의 경우는 일본과 유사하게 신재생 에너지 발전 설비 설치에 필요한 토지가 부족하고, 신재생 에너지가 풍부하지 않아 그린수소 생산 원가가 높을 것으로 예상됩니다.

따라서 한국에서 그린수소를 활용하기 위해서는 신재생 에너지 기반 그린수소 외에 자원 순환형 수소 생산*과 같이 다양한 방식으로 그린수소를 생산하는 방법이 필요합니다.

혹은 해외에서 생산된 저렴한 그린수소의 국내 도입도 고려할 수 있습니다. 이를 위해서는 해외 그린수소 사업과의 연계 및 수소 캐리어에 대한 연구가 필요합니다.

이어질 수소 Inside 2편에서는 수소의 저장 및 운송 기술현황과 전망을 알아볼 예정입니다.

* 자원 순환형 수소 :
음식물 쓰레기, 가축 분뇨, 하수 슬러지 등 유기 폐기물에서 추출한 바이오가스를 활용해 생산한 수소로, 폐기물로 수소를 생산하기 때문에 생산 원가가 상대적으로 저렴