5화. 수소경제 밸류체인별 상세 동향 및 전망

□ 수소경제의 활용을 위해서는 먼저 생산/저장운송 인프라 구축에 투자. 최종 활용 단계에서는 산업, 발전, 수송 등에서 활용

• 2030년경까지는 생산과 운송의 초기 인프라 구축 단계로 현재 주요 국가에서는 이 부분에 대대적인 투자 진행 중

• 최종 활용 분야는 생산/운송 인프라 구축과 함께 점진적으로 동반 확대될 전망. 해외는 산업용, 국내는 발전 및 자동차에 우선 순위 계획
  

□ 화석연료를 이용해 생산하는 그레이수소와 블루수소는 과도기 마중물 역할. 궁극적으로는 재생에너지를 이용한 그린수소가 핵심 요소

• 대부분의 전문기관들, 2030년경부터 그린수소 본격 성장 전망. 현재 재생에너지 환경 유리한 국가 중심으로 실제 프로젝트 증가 추세
  

□ 그린수소 인프라에 대해서는 해외에서 실증단계를 넘어 초기 상용화 단계에 진입하고 있으며, 국내는 상용화에 다소 뒤쳐져 아직 실증 단계

□ ’22년 천연가스 가격 상승으로 그레이수소 대비 그린수소의 상대 경쟁력이 대폭 상승

• 천연가스 가격 상승으로 그레이 및 블루수소 단가 상승 → 그린수소 상대 경쟁력 상승
  
  √그레이수소: 화석연료 가열로 추출. √블루수소: 그레이+탄소포집. √그린수소: 태양광, 풍력 등 이용
  

□ 미국, IRA 법안으로 ‘25년경에 그린수소 생산단가가 그레이수소 이하에 도달할 전망

• 최근 IRA(인플레이션 감축법)에서 재생에너지/수소 인프라 투자 육성 지원(세액공제 등)
  

□ 그린수소의 자연 생산 단가가 화석연료 수준에 도달하는 패리티는 ’30년대 가능 전망

• 태양광/풍력 강국에서의 그린수소 패리티는 ‘30년대 초중반부터 도달 전망
  
  √ 만약 화석연료 규제가 더 강해지면 그 이전에도 충분히 패리티 도달 가능
  

□ 블루수소는 마중물 역할로 상당기간 병행, 그린수소는 ’30년경부터 대폭 공급 시작 전망

□ 재생에너지(태양광, 풍력) 환경 유리한 국가가 그린수소 생산 강국 전망

• 남미, 호주, 아프리카/중동, 북미 지역 유리해 장기적으로 수출국 전망

• 재생에너지 적극적인 유럽과 중국은 주로 자국 내 유통 위주 전망
  
  √ 중국은 장기적으로 수소에너지 소비량이 많아 수입도 다량 추진될 전망
  

□ 한국과 일본은 재생에너지 환경 불리해 다량 수입 불가피 전망

• 일본은 일찌감치 수소를 주요 에너지원 중 하나로 인식. 불리한 재생에너지 환경과 후쿠시마 원전 사태로 수소 자원 외교에 적극적 (호주, 중동, 동남아)

• 일본 종합상사들 수소 자원 개발 투자 및 유통 사업 적극 모색 중
  

□ 현재 그린수소 생산 프로젝트는 유럽, 호주, 아프리카/중동, 중국, 남미 위주

• 호주는 수소를 제 2의 석유로 기대하며 매우 적극적. 아프리카/중동, 남미도 큰 기대

• 유럽은 많은 재생에너지 인프라를 활용한 그린수소 생산 인프라 구축에 적극적

• 중국은 재생에너지, 수소, 원자력으로 탄소중립 계획하고 있어서 수소에 적극적

□ 블루 및 그린 수소 위주로 공급 확대 계획. 전 정부 시절 21년 10월 수소 공급 계획 상향. 생산단가의 불리함으로 인해 70% 이상은 해외 수입 계획

• 현재 국내 수소 필요 분은 석유화학 정제 과정에서 나오는 부생수소에 많이 의존하고 있음

• ‘21년 10월 수소 수요/공급 전망을 상향. ‘30년에는 50%를 블루 및 그린수소로 공급 계획이며 총 수요량의 74%를 수입으로 충당할 계획. ‘50년까지 블루 및 그린수소로 100% 공급할 계획이며, 생산 단가의 불리함으로 인해 80% 이상을 수입으로 충당한다는 계획
  

□ 국내 생산: ‘25년까지 대량 수요 거점 위주로 블루수소 생산기지 구축 계획. 그린수소 생산은 실증 테스트 중이며 ’27년 이후에나 일부 가동 시작 목표

• ‘25년까지 추출수소(블루수소) 기지 위주로 광역권에 신규 구축 계획. 그린수소는 실증 테스트 단계이며 ‘27년 이후에나 일부 가동 시작

• 잉여 원자력을 이용한 핑크수소는 이제 실증 연구 돌입 (원자력의 증기열이 280℃에 그치기 때문에 750℃까지 올려서 4천원/kg 이하 생산단가 가능 여부 중요)

□ 국내 부생수소 및 추출수소 생산 관련 기업들

• 현재 부생수소 관련 주요 유통 공급 업체는 덕양(M/S 50%), SPG, 에어리퀴드, SDG(풍국주정 자회사) 등. 지금까지는 대부분 산업용에만 활용되어서 생산량을 확대할 계획이나 확대량은 한계. 포스코, 현대제철, SK이노베이션도 중장기 부생수소 생산 확대해 일부 외부 판매도 계획

• 중규모 수소 추출 기지는 한국가스공사가 주체. 추진 중인 소규모(도심) 생산 기지는 주민 반발 설득이 과제. SK(E&S)도 ‘25년부터 시작 계획

• 수소추출기 관련해서는 일본 업체들이 전세계적으로 장악하고 있으며, 국내 업체로는 현대로템, 제이엔케이히터, 파나시아 등
  

□ 국내 수전해 수소 생산 관련 기업들

• 국내 수전해 투자는 아직 실증 단계로 해외 선진 업체들 대비 열위. 기존 중소기업(이엠솔루션, 수소에너젠, 엘켐텍) 외에 SK, 한화, 포스코, 두산, 삼성물산, 현대차그룹, 현대중공업 등의 대기업들이 국내외에서 본격적으로 착수. 재생에너지 단지와 연계해야 하기 때문에 대기업들이 해외 선진업체들과 제휴해 진행
  

□ 암모니아 관련 기업들: 현재 롯데정밀화학이 국내 암모니아 유통의 70% 담당. 추가로 그린암모니아 생산과 운송 관련해서 포스코, 현대제철, 한화솔루션, 한화임팩트, 현대오일뱅크. 삼성엔지니어링, 롯데케미컬 등이 추진 중

□ 국내 수소 저장·운송 관련 동향 및 전망

• 수소는 가볍고 반응성 높아 운송 까다로움 (고압탱크 필요. 액화온도 -253도)

• 근거리는 기체, 중장거리는 액화/액상 수소와 암모니아 활용

• 우선 생산지/수입항만/대량수요거점 중심으로 네트워크 구축 계획

• 액화수소 플랜트는 주요 거점에 ‘25년까지 수 개 완료하고 점진적으로 추가 확대 계획. 암모니아 플랜트도 계획 수립 중
  

□ 수소충전소 많이 증가했으나 목표대비에는 크게 미달 – 당초 ‘22년 구축 계획 310기였지만, ‘22년 10월 현재 196기 구축 → 수소전기차 확대 장애 요인

□ 기체 저장 운송 파이프라인은 산업단지(부생수소 생산) 인근에 구축 중

• 기체 파이프라인 : 대부분이 산업단지 내 유통. 울산 기준 구축비용이 km당 약 10억원으로 고비용이나 향후 단가 감축 계획

• 고압탱크 및 튜브트레일러 : 고압용기는 엔케이와 일진복합소재가 공급 중이지만 롯데케미칼, 한화솔루션, 비트코비체 등이 진출 중
  

□ 2023~2024년 가동목표로 액화수소 플랜트들도 구축 중

• 액화 기술이 미흡하기 때문에 해외 선진기업들과 손잡고 두산중공업(Air liquid 협력. 창원), SK E&S(Plug power 협력. 인천), 효성중공업(Linde 협력, 울산), 가스공사 & GS칼텍스는(Matrix사 협력, 평택 LNG인수기지)가 구축 중

• 국내 독자적으로는 업력있는 하이리움산업이 추진
  

□ 암모니아는 독성 물질로 인해 법규 및 기술 정비 필요. 정부와 기업들 적극 추진

• 암모니아 전환 및 활용 기술 관련해서는 기존 수소 관련 업체들이 적극 진행 중

□ 건물용 /가정용: 일정 조건 의무 설치로 실적 증가했으나, 제도/시스템 허점 있어 개선 필요하며 현 시스템은 과도기 성격 한계. 장기적으로는 기대

• 수소연료전지는 소형 분산전원과 비상전원에 용이하며 열병합 난방/온수 활용도 가능하고 필요 면적도 적어 장기적으로 기대를 모으고 있음

• 정부는 일정 조건의 대형 건물 위주로 의무 설치 유도하며 설치 실적 증가(※태양광은 넓은 설치 면적이 필요해 수소연료전지 더 선호)

• 그러나 기존 전력계통 및 온수/난방 시스템과의 부조화, 요금 측면에서 기존 전력 사용 선호 등으로 실제 활용도 낮고 현 시스템은 수소 공급 인프라 부족으로 수소가 아닌 LNG를 사용(내부 수소추출기 탑재)하는 등의 문제로 당분간 성장 한계 불가피

• 장기 성장 의지 강하나 현 시스템은 과도기적인 성격으로 한계 존재. 수소 공급 인프라 구축과 수소전용 연료전지 공급이 본격 성장의 전제 조건
  

□ 발전용: 불리한 재생에너지 환경으로 국가적으로 적극 추진 계획. 청정수소의무발전제도 시행(’23년)과 수소의 대규모 공급으로 단계적 성장 기대

• 재생에너지 구축 환경과 실적이 양호한 다른 국가들은 수소연료전지발전에 소극적이며, 한국과 일본이 적극적

• 개정된 수소법을 바탕으로 내년 하위 법령들이 제정되고, ‘23~’24년 수소발전의무화제도(HPS)가 시행되면 1단계 성장 시작 전망

• 현재 블루 및 그린수소가 부족하기 때문에, 친환경성 비판 → 청정수소의 대규모 공급(수입포함)이 시작되면 2단계 본격 성장 전망 (‘30년경 예상)
  
  √ 특히 블루수소와 그린수소를 대상으로 한 청정수소발전제도(CHPS)에 집중하면서 청정수소인증제를 ‘24년에 시행할 계획 → 청정수소 연료전지발전 유도

□ 국내 연료전지 기술 및 업체 현황

• 정상급 기술력 보유 중이며 연료전지발전 설치량은 세계 최대. 다만, 아직 일부 핵심 소재 부품 해외에 의존하고 있으며 가격경쟁력 다소 부족

• 두산퓨얼셀(PAFC타입)이 발전용 연료전지에 글로벌 경쟁력 보유 평가, 국내 점유율 약 70% (단, 최신 SOFC 타입은 다소 열위해 해외와 기술 제휴)

• 가정·건물용은 일본업체들이 전세계 리드하는 가운데 국내에서는 에스퓨얼셀(PAFC, PEMFC. 점유율 약 60%)과 두산퓨얼셀(SOFC/PEMFC)이 리드

• ‘20년에는 SK도 블룸에너지(미)와 제휴해 발전사업(SOFC타입)에 진출했으며, 현대차그룹도 건물용 및 발전용 개발 중이나 예상보다 지연 중

□ 두산퓨얼셀

• 발전용 연료전지 국내 시장 점유율 1위(’20년 70%)로 시장 선도. 국내와 미국에 공장
• 2014년 국내 퓨얼셀파워와 미국 클리어 엣지파워(CEP)를 인수하면서 사업 시작
• 2017년 전북 익산에 63MW 규모의 2공장 건설
• 2020년 세계 최대 부생수소 발전 대산그린에너지(50MW) 준공
• SOFC 발전용 연료전지 기술 상용 시스템 개발 중
• 수소충전소용 , 기차/트럭/선박용 연료전지와 수전해 수소생산 시스템도 개발 중
  

□ 포스코에너지 (한국퓨얼셀)

• 국내 최초(2007년)의 연료전지 회사이지만, 현재는 사업 영속 전망 불투명. 실적 감소
• 2007년 미 퓨얼셀에너지 지분 5.6% 취득 후 국내 28개 발전사에 MCFC 공급
• 2015년 스택 불량 이슈로 발전사와 갈등 빚으며 대규모 손실(1조원 추산). 사업 차질과 로열티 문제 등으로 퓨얼셀에너지와 갈등 시작. 2019년 지분 거의 정리
• 2019년 11월 연료전지 분야를 물적분할하여 한국퓨얼셀 설립
  

□ 블룸 SK 퓨얼셀

• 후발 주자로 미국 블룸에너지와 협력으로 국내 및 아시아 시장 적극 공략 계획
• 2018년 SK건설-블룸에너지 분당발전소에 8.3MW급 SOFC 타입 독점공급 제휴
• 2020년 합작법인인 블룸 SK 퓨얼셀 설립(SK건설 49%, 블룸에너지 51%)
• 2021년 50MW에서 시작해 2027년 400MW로 확대 목표로 구미공장 시범 생산 중
• 2021년 SOFC 시스템 100kW 파일럿 서버 SK건설 시설에 전력 공급용으로 설치
  

□ 에스퓨얼셀

• GS칼텍스 연료전지 개발팀이 전신. 가정용/건물용 PEMFC 방식 위주의 회사로 국내점유율 60% 추정
• 2014년 설립(에스에너지그룹에 편입). 주로 5~10KW급 모듈형 연료전지 생산
• 2019년 IGFG 50kw 급 발전용 연료전지도 실증운전 성공

□ 수소전기차는 대형 상용차 위주로 점진적 성장 전망. 다만 기대보다 성장 약하며 ,향후 대형 상용에서도 배터리전기차의 도전이 경쟁 변수

• 유럽과 미국은 고가의 수소를 활용 효율성이 높은 산업용에서 우선 활용할 계획. 수소전기차 보급 확대는 중장기적인 과제로 생각
• 대중화가 빠른 배터리전기차에 비해 승용차는 초기포지션 열위. 거리, 충전시간, 중량 장점이 있는 대형 버스/트럭/중장비 위주 점진적 성장 전망
• 현재 수소 부족 및 가격, 충전인프라, 내구성과 원가 개선 등의 과제로 기대보다 성장 미진. 향후 배터리전기상용차의 기술 성장도 큰 경쟁 변수
• 현대차는 토요타와 함께 독보적 양강 구도로 점유율 1위 지속. 유럽, 미국, 중국 추격 중이나 상당기간 경쟁력 유지될 것. 당초 기대보다는 시장 성장 약하나, 현대차는 타 사에도 연료전지(엔진역할) 판매하는 전략이어서 추가 성장 여력은 존재 (※현대차도 현재 배터리전기차에 더 집중하는 듯)
• 수소동력 중에서 수소지게차는 충전시간의 제약이 적어 배터리전기차대비 장점. 월마트, 아마존 등 대형 마트와 물류센터 등에서 적극 대체 중
• 자동차 이외에 선박, 열차, 항공 등의 분야도 연구개발 중이나 여건 상 실제 적용에는 시간이 더 필요
  

□ 수소전기차 기술 측면의 극복 과제: 연료전지 스택의 내구성 및 효율 향상, 원가 절감 등이며 아직 시장 초기 단계여서 향후 추가 진화 여력은 큼

□ 해외에서는 온실가스 다배출 산업에 수소를 우선 투입해 효율적 활용 계획

• 해외에서는 초기 고가인 수소를 실질 효과 감안해 철강, 정유화학 등 온실가스 다배출 산업공정이나 재료로 우선 투입할 계획
  
  √ 자동차는 충전 네트워크 구축에 시간이 오래 걸리고 전기차라는 일정 수준의 대안도 존재
  
  √ 발전 부문도 마찬가지로 신재생에너지와 원전을 우선 활용하고 과도기 천연가스 활용 가능

• 철강: 공정에서 사용되는 석탄, 석회석을 수소로 대체하면 탄소 무배출

• 정유/화학/시멘트: 공정 원료 또는 연료 일부 수소 사용. 장기적으로는 일부 탄소계 원재료의 수소 대체 사용 추진
  

□ 다만, 현재 실증 연구 단계이기 때문에 시간이 필요하며 특히 국내는 해외보다 적용이 더 늦을 것으로 보임. 그러나 감축 효과와 탄소국경세 감안할 때 산업공정 에서의 활용이 추후 중장기적으로 더 증가할 가능성 높음

□ 효율적인 탄소배출 감축을 위해 기존 화력가스발전에 수소 또는 암모니아 혼소(混燒) 추진

• 수소와 암모니아는 가연성 기체이기 때문에 연소를 통한 전력생산(발전)이 가능. 이 경우 탄소 배출이 없다는 큰 장점 (H₂ 또는 NH₃ + O₂ = H₂O)

• 그러나 순수 수소의 경우 폭발성이 너무 높아 제어와 기계(터빈 등) 제작이 어렵고, 순수 암모니아는 연소 온도와 폭발력이 낮아 효율성이 떨어짐

• 따라서 기존 석탄가스화 발전이나 천연가스 발전에서 수소 또는 암모니아를 혼합해 탄소배출을 줄이는 방안을 추진 중

• 미쯔비시중공업, 가와사키중공업, IHI, GE, 지멘스 등 해외 선진기업들은 20~50%의 혼소 실증에 성공. 일부 상용 운전 중이며 혼소 비율 확대 노력 중

• 미국은 1.6조원의 수소기금 중 11%를 수소터빈발전 R&D에 배정. 이미 소형 혼소 발전을 운영 중인 일본은 2024년까지 1GW급 대형 석탄발전 혼소 계획
  

□ 일본이 앞서 적극 추진 중이며, 우리나라도 실증 연구. 발전사들의 실제 적용은 각각 ‘24~’27년 계획. ’35년 석탄발전소 절반 이상 20% 혼소 추진

• 일본은 수소/암모니아 혼소를 발전 분야 탄소 감축의 주요 수단 중 하나로 인식. 구체적인 로드맵까지 나온 상황
  
  √ 일본 화력발전의 50%를 점유하고 있는 JERA는 ‘30년까지 순수 석탄발전을 폐지하고 ‘40년까지 암모니아-석탄 혼소 20%, ‘50년까지 암모니아 전소발전 추진 계획

• 우리나라는 ‘21년에 실증추진단을 발족하고, 현재 한전 전력연구원, 남동발전, 서부발전, 남부발전 등이 한화임팩트, 두산, SK가스 등과 협업으로 실증 연구 중

• 실증 추진단은 석탄발전의 경우 ‘30년까지 총 43기 중 24기에 암모니아 20% 혼소 적용하고 혼소 비율 확대해 ‘50년에는 7기에 100% 암모니아 적용 계획. 천연가스발전은 ’35년까지 총 96기 중 9기에 수소 30% 이상 혼소, ’40년까지 78기 중 12기에 수소 30~100% 혼소, ’50년까지 34기 전부 100% 수소 계획