수소경제 대기업 참여 본격화…규모 확대

■ 탄소중립 핵심 수소경제

지난 2020년 12월 발표한 ‘대한민국 2050 탄소중립 전략’의 핵심 수단은 수소다. 수소는 21세기를 맞아 온실가스 감축과 환경규제 강화로 인해 대변혁의 중심에 있으며, 가장 빠른 변화를 가져오고 있는 수송부문에서 친환경차의 핵심 수단으로서 자리 잡았다. 2019년, 2020년 국내 수소차 보급 대수는 세계 1위를 기록했다.

2050년 탄소중립의 기본방향의 첫 번째는 깨끗하게 생산된 전기·수소의 활용 확대다.

태양광, 풍력, 수력 등 탄소 배출이 없는 에너지원이 에너지 공급 시스템의 중심이 되어야 하며, 화석연료 기반의 석탄, LNG 발전의 대부분은 장기적으로 CCUS 기술 적용 등을 통해 온실가스 배출을 감축하기 위한 지속적인 노력이 필요하다.

이러한 에너지 공급 시스템의 근본적인 변화를 위해서는 기술 혁신을 통한 재생에너지의 가격 경쟁력 확보, 탄소가격을 활용한 정책 추진, 국가 전력 시스템의 고도화 등이 필요하다.

특히 외부에서 전력을 공급받기 어려운 우리나라의 지리적 여건을 고려할 때, 재생에너지 발전 비중 증가에 따라 발생하는 발전량 예측 불확실성 증가 및 출력 변동성 문제는 반드시 해결해야 할 중요한 과제다.

정보통신기술(ICT) 등 4차 산업혁명 기술을 활용해 전기차, ESS, 수소 등 에너지 저장이 가능한 모든 시스템의 통합과 연계, 소비자와 생산자가 상호 소통하고 거래하는 프로슈머의 확대 등 진일보한 스마트그리드의 확산이 그 대안이 될 것이다.

아울러, 현재 화석연료를 주된 에너지원으로 사용하는 차량, 냉. 난방 시스템, 산업부문 등 대부분의 분야가 미래에는 재생에너지를 통해 확보된 청정전기를 사용하는 시스템으로 대체될 필요가 있다.

우리나라의 2050년 비전을 달성하기 위해서는 현재 화석연료 기반의 운송 수단이 전기, 수소 등 친환경 에너지원을 기반으로 한 운송 수단으로 대체될 필요가 있다.

특히, 도로 운송에서 이러한 추세는 더욱 강화되어 2050년 이전에 전기차, 수소차 등 친환경차 대중화 시대가 올 것으로 예상되며, 전기 항공기, 전기. 수소 선박, 철도 전기화 등 다른 운송 부문도 이러한 변화가 빠르게 일어날 것으로 보인다.

우리나라는 산업 혁신과 온실가스 감축을 위하여 수소를 중요한 에너지원으로 삼고, 이를 적극 활용해 세계 최고 수준의 수소경제 선도국가로 도약하기 위한 수소경제 활성화 로드맵을 2019년에 발표한 바 있다.

수소경제 활성화 로드맵의 핵심은 재생에너지를 활용한 그린 수소 생산기반을 구축하고, 이를 통해 생산된 수소를 연료전지, 다양한 모빌리티 등에 활용해 기존 탄소자원 중심의 에너지 패러다임을 친환경 에너지원인 수소 중심으로 전환하겠다는 것이다.

이를 위해 우리나라는 2040년까지 8GW 규모의 발전용 연료전지 설비를 구축할 예정이며, 그 이후에도 지속적으로 연료전지의 규모를 확대할 예정이다. 그리고 그린수소 공급 비율 확대를 위해 다양한 정책을 펼칠 것으로 보인다.

수송부문에서도 수소차를 비롯한 친환경차 보급을 위한 정책을 적극 펼칠 예정이다. 수소차 인프라 구축에 많은 재원을 투자해 2019년 기준으로 수소충전소 34기를 구축했으며, 2022년까지 수소충전소를 310기 구축할 계획이다.

또한 에너지 생산에서 이산화탄소 발생 감소 확대에도 나선다. 수소경제 활성화를 위해서는 대량 수소 생산 기술이 중요한데, 유럽. 일본에서 이미 상용화된 천연가스 개질 수소 생산 기술은 안정적인 수소 공급과 가격 측면에서는 이점이 있으나 이산화탄소를 발생하는 한계를 가지고 있어 Power-to-Gas(P2G) 및 Power-to-Liquid(P2L) 기술을 통해 재생에너지 잉여전력을 저장 및 전환하는 핵심기술을 통해 친환경 수소 생산에 나선다.

또한 수소사회로의 이행을 위한 수소의 생산부터 저장·운송·활용에 이르기까지의 모든 영역에서 고효율, 고신뢰성, 저비용, 신소재 등을 포함한 혁신기술개발이 필요하다.

탄소중립, 탄소배출 제로 그린수소 에너지 핵심

포스코·현대제철·효성·한화, 수소사업 본격 확대

■ 대기업들 수소 경제 관련 사업 본격 진출 선언

이러한 사회적 변화에 발맞춰 산업계에서도 탄소 중립이 기업 경영의 핵심으로 자리 잡고 있으며, 새로운 사업수단으로 탄소배출량을 감축하고, 새로운 에너지 경제에도 이바지할 수 있는 수소경제가 핵심으로 떠오르고 있다.

최근에 수소 경제 청사진을 발표한 포스코(회장 최정우)는 2050년까지 수소 생산 500만톤 체제를 구축해 수소사업에서 매출 30조원을 달성하겠다는 미래 청사진을 제시했다.

이를 위해 2030년까지 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 기술, 수소를 추출하는 기술 등의 핵심 기술 및 생산 역량을 조기에 갖추고 수소 사업을 그룹 성장 사업의 한 축으로 육성해 미래 수소시장에서 주도권을 확보한다는 계획이다.

현재 포스코는 철강 제조 공정에서 발생하는 부생가스(Cokes Oven Gas)와 천연가스(LNG)를 이용한 연간 7천톤의 수소 생산 능력을 갖추고 있으며, 약 3,500톤의 부생수소를 추출해 철강 생산 중 온도 조절과 산화 방지 등을 위해 사용하고 있다. 또한 세계 최초로 수소 연료전지 분리판용 철강제품을 개발해 국내에서 생산되는 수소차에 공급하는 등 수소 생산과 이용에 필요한 역량을 갖추고 있다.

향후 포스코는 수소를 활용한 철강 생산 기술인 ‘수소환원제철공법’ 연구와 수소를 ‘생산-운송-저장-활용’ 하는데 필요한 강재 개발, 부생수소 생산 설비 증대, 수소 생산 핵심기술 개발 등의 역량 강화는 물론 ‘그린수소’ 유통 및 인프라 구축, ‘그린수소’ 프로젝트 참여 등 다양한 사업 기회를 모색하며 대규모 투자를 추진할 계획이다.

이를 통해 2025년까지 부생수소 생산 능력을 7만톤으로 늘리고, 2030년까지 글로벌기업과 손잡고 ‘블루수소’를 50만 톤까지 생산한다는 계획이다. 동시에 ‘그린수소’는 2040년까지 200만 톤 생산체제를 구축하는 등 2050년까지 수소 500만톤 생산체제를 완성할 방침이다.

또한 포스코는 2050년까지 ‘그린수소’를 기반으로 한 수소환원제철소를 구현해 철강분야에서도 탈탄소·수소시대를 열겠다는 방침이다. 수소환원제철공법이 상용화되면 최대 연간 370만 톤의 ‘그린수소’가 필요하게 되어 최대 수소 수요업체이자 생산업체로 도약할 것으로 기대된다.

이와 함께 ‘그린수소’ 생산과 운송에 필요한 핵심기술을 확보하기 위해 국내외 연구기관과 기술 협력을 진행하고, 글로벌기업과 파트너십을 추진한다. 수소 운송과 저장의 핵심 기술로 꼽히는 암모니아 수소추출기술 개발에도 나선다.

초기사업으로 포스코는 제철소 지역에 수소충전소 설치 등의 인프라를 구축하고, 철강 운송 차량, 사내 업무용 차량 등을 수소차로 전환하는 등 철강 물류 기반의 수소생태계를 육성해 수요 기반 창출에 나설 계획이다. 현재 포스코 철강제품 운송 대형 트럭은 약 1,500대이며 임시로 투입되는 운행대수까지 포함하면 연간 5,000대 규모다.

이와 함께 그룹사의 역량을 집중해 ‘생산-운송-저장-활용’ 전 주기에 걸친 가치사슬도 함께 마련한다. 포스코인터내셔널은 해외네트워크를 활용해 정부의 수소 도입 사업과 해외 수소 프로젝트에 참여하며, 포스코에너지는 수소 전용 터미널을 구축함과 동시에 현재의 LNG터빈 발전을 30년부터 단계적으로 수소터빈 발전으로 전환한다. 포스코건설은 수소 도시 개발 프로젝트는 물론 수소 저장과 이송에 필요한 프로젝트 시공을 담당하게 된다.

포스코는 1월 중 사업부를 출범하고, RIST(포항산업과학연구원)를 중심으로 국내외 연구기관과 R&D 협력을 추진해 수소 사업을 본격화한다는 계획이다.

현대제철은 지난해 10월 수소 생산능력을 10배 가까이 키우겠다는 포부를 밝히며, 수소사업의 본격적인 진출을 선언했다.

현재 현대제철의 수소 생산능력은 연간 3,500톤 수준으로 이는 수소차 약 47만대에 충전할 수 있는 규모다. 지난 2016년 약 500억원을 들여 수소공장을 지은 현대제철은 제철소에서 철광석을 녹여 쇳물을 만드는 과정에서 자연스럽게 나오는 부생수소의 일종인 코크스가스를 주로 이용해 수소 만들었다.

현대제철은 고로가스나 전로가스 등 그냥 버려질 폐가스를 재활용해 수소 생산능력을 확대하는 것으로 가닥을 잡았다.

효성과 린데도 오는 2022년까지 총 3,000억원을 투자해 액화수소 생산, 운송 및 충전시설 설치와 운영을 망라하는 밸류체인 구축에 나선다. 연산 1만3,000톤 규모, 승용차 10만대 사용 가능 물량으로 단일설비로는 세계 최대 규모다. 신설 공장에서는 효성화학 용연공장에서 생산되는 부생 수소에 린데의 수소 액화 기술과 설비를 적용해 액화 수소를 생산하게 된다. 수소 액화 기술은 고압의 기체 상태인 수소를 액화시키는 것으로 린데는 최고 수준의 액화수소 생산기술을 확보하고 있다. 생산된 액화수소는 차량용은 물론 드론, 선박, 지게차 등의 다양한 모빌리티 분야에서 쓸 수 있어 연관 산업의 발전에도 기여할 것으로 보인다.

현대로템도 천연가스에서 수소를 추출하는 수소추출기 공장을 준공하고 지난 12월부터 본격 가동에 들어갔다. 의왕연구소내 2,000㎡ 면적에 조성된 수소추출기 공장에서는 연간 20대의 수소추출기를 제작할 수 있다. 20대의 수소추출기에서 생산되는 수소량은 연간 약 4,700t으로 이는 수소차(넥쏘 기준) 85만여대의 연료를 가득 채울 수 있는 규모다. 현대로템은 향후 수소추출기 수주량에 따라 공장 규모를 추가로 확대할 계획이다. 현대로템은 5월 충청북도 충주와 강원도 삼척에서 수소추출기 3대를 수주했으며 6월에는 하이넷(수소에너지네트워크)이 추진하는 당진 수소출하센터를 수주하면서 수소출하센터 사업에도 진출한 바 있다. 약 14만4,000㎡ 부지에 조성되는 당진 수소출하센터는 현대로템이 토목공사부터 구매·설계·시운전까지 모든 공사 과정을 담당하며 2021년 상반기 완공될 예정이다.

현대로템은 의왕 수소추출기 공장 구축을 계기로 2021년 약 2,500억원 규모의 지자체 및 민간에서 발주하는 수소추출기와 수소충전 인프라사업 입찰에 참여할 계획이다.

한화솔루션도 수소 사업에 2,000억원을 투자한다. 이번에 투자하는 분야는 태양광·풍력 등 신재생에너지로 수소를 생산하는 그린수소 분야로 수소생산에 1,000억원, 수소 저장 및 유통에 1,000억원을 투입한다. 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 수전해 기술개발, 수소의 저장·유통을 위한 수소 탱크 사업 확대, 핵심 기술을 보유한 기업의 인수·합병 등에 자원을 적극 투입한다. 한화솔루션 케미칼 부문은 이미 그린 수소를 생산하기 위한 고효율 수전해 기술 개발에 약 300억원을 투자한 것으로 전해지고 있다.

▲ 친환경차 2030 보급 목표

▲ 전기차·수소차 국내 연간 판매 목표

▲ 포스코 그린수소 사업모델