초록색 + 회색은 파란색(OilPrice)
수소가 친환경 에너지가 되기 위해서는 신재생 에너지 기반의 그린 수소여야 한다.
그러나 그린 수소는 비용 측면에서 상용화까지 시간이 필요하다.
따라서 화석 연료로 생산했으나, CCS(탄소 저감 장치)를 부착한 블루 수소가 중간 단계로 여겨 진다.
S&P 에 따르면 글로벌 블루 수소 생산 능력은 '28 년까지 연평균 32.5% 성장할 전망이다.
석탄이 풍부한 호주는 일본 컨소시엄과 초기단계 사업을 진행 중이다.
갈탄을 원료로 수소를 생산하며, 발생한 탄소는 지층 깊숙한 곳에 저장한다.
갈탄 수소의 현재 가격은 kg 당 3.5~4.5 달러로 신재생 에너지 기반 수소(5.8 달러~8.7 달러/kg)보다 저렴하다.
국내의 경우 CCS 를 활용한 블루 수소 생산은 현재 경제성 측면에서 매력이 없다.
CO2 를 포집하더라도 이를 저장할 공간이 부족하기 때문이다. 또한 탄소 배출권의 가격보다 CO2 를 포집해
저장하는 가격이 높아 설치 유인이 크지 않다.
국내는 정부의 2040 년 수소 가격 목표(kg 당 3,000 원)를 맞추기 위해서 당분간 화석 연료 기반 추출 수소 비중
확대가 불가피하다. 그러나 수소 경제의 분명한 지항점은 탄소 배출이 '0'인 그린수소다.
따라서 향후 신재생 에너지(태양광, 풍력) 혹은 암모니아를 활용한 그린 수소 생산은 필연적이다.
그린 수소의 중간 단계: 블루 수소
수소는 공급 부족에 대한 우려가 없고 에너지를 생산하는 과정에서 환경 오염이 없어 미래 에너지
원료로 이상적이다.
수소는 생산 방식에 따라 그린 수소(신재생 에너지 기반)와 회색 수소
(천연가스, 석탄 등 화석 연료 기반)로 나뉜다.
수소가 진정한 의미의 친환경 에너지가 되려면 환경 오염이 없는 그린 수소여야 한다.
그러나 그린 수소는 비용 측면에서 상용화까지 시간이 필요하다.
현재 그린 수소는 회색 수소에 비해 3~6배 정도 비용이 발생한다.
조사 전문 기관 우드 맥킨지는 녹색 수소 생산 비용이 2040년에 회색 수소와 같아 질 것으로 예상했다.
이에 따라 화석 연료로 생산했으나, CCS(탄소 저감 장치)를 부착한 블루 수소가 중간 단계로 여겨 진다.
S&P Global Platts에 따르면 글로벌 블루 수소 생산 능력은 ‘28년까지 연평균 32.5% 성장할 전망이다.
동기간 유럽 지역의 성장이 두드러지는데,
특히 영국은 2,500만 파운드를 투자해 블루 수소를 생산할 준비를 하고 있다.
CCS기술을 활용한 블루 수소
블루 수소는 CCS 기술을 사용해 생산한 수소를 의미한다.
CCS(Carbon Capture and Storage)는 제조 공장이나 발전소에서 발생하는 CO2를 최대 90%까지
줄일 수 있는 기술이다.
CCS는 ‘포집-운반-저장’ 3단계로 구성 된다. 포집은 가스화와 같은 공정을 통해 연료를 수소와 이산화탄소
혼합물로 변환시켜 이산화탄소를 분리한다.
포집된 이산화탄소는 파이프라인이나 선박을 통해 저장 공간으로 운반된다.
이는 천연가스나 석유를 운반 시 사용하는 기존 인프라를 그대로 활용 가능하다.
저장 공간으로 주로 고갈된 유정이나 염류 대수층이 이용된다.
신재생 에너지 대비 CCS의 경제성
호주의 빅토리아 주는 일본 컨소시엄과 수소 에너지 공급망 시범 사업에 공동 투자(약 5,100만 달러)를 결정 후
초기 단계 사업을 진행 중이다.
해당 시범 사업은 ‘18년부터 ‘21년까지 호주-일본 간 통합형 수소공급망 구축을 통해, 호주산 갈탄에서 수소를
생산해 일본에 운송 및 판매하는 사업이다.
갈탄을 원료로 수소를 생산하며 도중에 발생하는 탄소는 CCS 공법을 활용해 지층 깊숙한 곳에 저장한다.
개질 과정에서 엄청난 양의 탄소가 발생함에도 불구하고 해당 공정을 선택한 이유는 값싼 원재료에 있다.
호주연방과학산업연구기구(CSIRO)는 갈탄 수소의 현재값을 kg당 5~6 호주 달러로 본다.
한편 태양광, 풍력을 사용하는 남호주 정부의 그린 수소 값은 kg당 8~12 호주 달러 정도다.
현재는 수소를 생산하더라도 운송비용을 감안 시 둘 다 경제성이 없지만, 빅토리아 주는 갈탄 수소 가격을
최종적으로 2 호주 달러(한화 1,400원)까지 떨어뜨릴 방침이다.
한국이 2040년까지 목표하고 있는 kg당 3,000원과 비교해 봤을 때 50% 이상 저렴하다.
현재까지는 국내에서 가격 경쟁력이 없는 CCS기술
국내의 경우 CCS를 활용한 블루 수소 생산은 현재 경제성 측면에서 매력이 없다.
국내에서도 ‘13년 중반부터 중부발전과 포스코건설, 포스코엔지니어링, 대림산업등으로 이뤄진
CCS프로젝트가 진행된 바 있다.
실제로 한국중부발전의 충남 보령발전소는 CCS 장치를 설치해 운영중이다.
해당 이산화탄소 포집 설비는 500MW급의 석탄화력 발전소 1기가 10MW의 전력을 생산하는데 나오는
이산화탄소(연7만톤)를 분리할 수 있다.
국내 이산화탄소 포집 기술은 세계 최고 수준이지만 경제성 측면에서는 열위다.
이산화탄소를 포집하더라도 수요처가 많지 않고 이를 저장할 공간이 부족하기 때문이다. 또한 CCS를
설치하는 것과 탄소 배출권을 구매하는 가격을 비교해 보았을 때도 경제성이 떨어진다.
현재 에너지 업계는 국내에서 이산화탄소를 포집해 저장하는데 드는 비용은 5만원 이상일 것으로 추정한다.
시장에서 거래되는 탄소 배출권의 가격은 3만원 안팎이기 때문에 CCS 설비를 설치할 유인이 없다.
국내에서 CCS기술이 경제적으로 열위임에도 그린 수소는 기술적 한계로 효율성이 저조하기 때문에 화석 연료
기반 추출 수소 생산이 불가피하다.
수전해 수소가격은 kg당 9천원~1만원인 반면 추출 수소는 kg당 2,700~5,100원선으로 저렴하다.
정부의 2040년 수소 가격 목표(kg당 3,000원)를 맞추려면 추출 수소의 비중이 높을 수 밖에 없다.
또한 추출 수소는 ’20.6월 한국에너지기술연구원이 개발에 성공한 ‘고순도 수소생산유닛’ 기술로 탄력을
받을 가능성이 있다.
해당 기술은 기존 LNG공급망을 그대로 활용하면서 천연 가스를 개질해 순도 99.99%의 수소를 생산한다.
생산 효율이 80% 이상으로 높고 초기 인프라 투자가 없기 때문에 저렴하게 수소를 생산할 수 있다.
연구원은 해당 기술을 원일티엔아이에 이전했으며, 향후 파일럿 플랜트 규모 설비를 통해 실증할 계획이다.
수소 경제의 지향점은 ‘그린 수소’
수소 경제의 지향점은 탄소 배출이 ‘0’인 그린 수소가 자명하다.
현재는 국내에서 CCS 기술을 활용한 블루 수소 생산이 불가능해, 화석 연료 기반 수소는 친환경적 가치가
유명무실 하기 때문이다.
‘19년 기준 상용화된 천연가스 수소 추출기를 활용할 경우 수소 1kg을 생산할 때 배출되는 이산화탄소는
8.6kg 가량 된다.
국내 운전자들의 연평균 주행거리 1만 5,000km를 기준으로 휘발유차인 현대 아반떼는 이산화탄소를
연간 1,620kg 배출한다.
수소차인 현대 넥쏘가 같은 거리를 달리기 위해서는 수소 158.25kg이 필요한데, 천연가스에서 이 정도 분량의
수소를 추출해 내려면 이산화탄소 1,361kg이 배출된다.
결과적으로 넥쏘가 추출 수소를 활용해 주행할 경우 아반떼보다 탄소 배출량을 약 16%밖에
절감하지 못하는 셈이다. 따라서 향후 태양광, 풍력 등 신재생 에너지 혹은 암모니아를 활용한 그린 수소
생산은 필연적이다.
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