그린 수소(Green Hydrogen)란 재생에너지 전력을 이용한 수전해를 통해 수소를 생산하는 그린수소 방식입니다. 수전해를 실행하기 위해서는 에너지가 필요한데, 이 에너지를 재생가능 에너지원에서 생성하기 때문에 이러한 형태의 수소를 “그린수소”로 분류한다.
'2030년 국내 그린수소 25만톤 생산?공급 목표'달성을 위해 올해부터 2026년까지 4년간 약 300억원 규모의 국비가 지원되는 10MW급 그린수소 생산 실증이 본격 추진된다.
산업통상자원부(장관 문승욱)는 지난해 11월 발표된 '제1차 수소경제 이행 기본계획' 상의 '2030년 국내 그린수소 25만톤 생산?공급 목표' 달성을 위한 후속 조치로 10MW급 수전해 실증을 본격 개시한다고 25일 밝혔다.
수전해 시스템은 전기로 물을 분해해 산소 및 수소를 생산하는 설비로서 재생에너지 전력을 사용할 경우 이산화탄소 배출이 없는 그린수소 생산의 핵심 기술로 주목받고 있다.
국내에서는 2017년 제주 상명풍력단지에서 250kW급 수전해 기술개발 및 실증사업을 실시한 것을 시작으로 1MW급(울산), 2MW급(동해), 3MW급(제주행원) 등의 소규모 수전해 실증사업들이 단계적으로 추진돼왔다.
이런 가운데 유럽, 북미 등 해외 주요국들은 대규모 그린수소 생산계획에 따라 다수의 10MW급 이상의 수전해 실증 프로젝트를 추진 중에 있어 국내도 대규모 수전해 실증을 통해 그린수소 생산기반을 확충할 필요가 있어 동 사업을 추진하게 됐다는게 산업부의 설명이다.
이번 10MW급 그린수소 생산 실증은 '신재생에너지 기술개발'과제 중 하나로 2022년부터 2026년까지 총 4년간 약 300억원 규모의 국비를 지원할 예정이다. 이번 실증은 국내 재생에너지 발전량 증가에 따라 대규모 재생에너지 단지로부터 전력을 공급받아 그린수소 생산을 실증해보고, 전력 공급 피크 시 출력 제어량(잉여 전력)을 공급받아 계통 수급 안정화에 기여할 수 있는지를 확인해 보는 것이 기본 목적이다.
이번 과제를 통해 국내 기업은 수전해 시스템의 최적 운전 경험과 그린수소 생산 데이터, 경제성 데이터 등을 축적하게 되고, 국내외 수전해 기술 비교 평가를 통해 고효율화, 대용량화 등 국내 수전해 기술력을 향상해 MW급 단위스택 수전해 상용화 기술을 확보할 것으로 기대된다. 이를 통해 향후 해외 수전해 시장에 진출할 수 있는 발판 마련도 기대되고 있다.
아울러, 과제가 종료될 2026년에는 연간 약 1000톤 규모의 그린수소 생산(수소 승용차 약 4300대분) 능력 확보와 함께 수소 모빌리티 등 다양한 분야에 동 실증 설비를 활용할 수 있게 될 것으로 전망된다.
산업부는 이와 별도로 금년 수전해 방식의 수소생산기지도 공모를 통해 신규로 3곳을 지정, 1개소당 54억3000만원원의 설치비용도 지원할 예정이다.
그간 산업부는 수소차 등 모빌리티에 필요한 수소를 적기에, 도심 수요처 인근에서 공급하기 위해 수소생산기지 사업을 추진해 왔다. 도심 인근 수소생산기지는 창원시, 삼척시, 평택시, 기장군, 대전 동구, 인천 중구, 완주시 등 소규모 7개소는 1톤규모다. 또 광주광역시, 창원시, 평택시 등 중·대규모 3개소는 하루 4~7톤 생산규모다.
금년에는 탄소 중립 기여와 미래 그린수소 생산 기반의 선제적 구축 차원에서 종전의 개질수소 기반이 아닌 수전해 기반의 수소 생산기지사업을 새롭게 추진하게 됐다고 산업부는 밝혔다.
아울러 산업부는 국내 그린수소 생산 확대와 활성화를 위해 관심 기업들을 중심으로 금년 상반기 중 '그린수소 사업단(가칭)'을 구성해 상반기 내 발족한다는 계획이다.
그린수소 사업단에서는 ▲국내 그린수소 생산?활용 전략, ▲수전해 핵심 소재부품 기술개발 및 실증 프로젝트 발굴, ▲국내 기업의 해외 시장 진출 방안 등을 논의할 계획이며, 정부는 국내 수소 기업 등 관련 기관들의 수전해 기술개발 및 그린수소 생산 실증을 지속적으로 지원하며, 우리 기업들의 해외 그린수소 생산 분야 진출도 적극 도울 계획이다.
산업부는 26일 14시에 개최되는 '찾아가는 '22년 수소산업 지원사업 설명회'에서 수소기업, 시?도 관계자 등을 대상으로 상기 10MW급 그린수소 실증사업과 수전해 수소 생산기지 구축사업 등 금년 지원 예정인 수소전문기업 지원, 예비 수소기업 지원, 수전해공급인프라구축, 중대규모 수소생산기지구축, 수소출하센터구축 사업 등 수소 사업들에 대한 세부 설명을 제공할 예정이다.
한편 10MW급 재생에너지연계 대규모 그린수소 실증 기술개발 전담기관은 한국에너지기술평가원, 수전해 시스템 수소생산기반구축 전담기관은 수소융합얼라이언스가 맡고 있다.
◇그린수소의 전망
▲화학산업분야
pwc 자료에 의하면 화학산업 수소는 암모니아와 메탄올의 생산을 위한 화학원료로 사용된다. 화학산업의 수소수요는 암모니아와 메탄올 시장의 성장에 힘입어, 2018년 4,300만 톤에서 2050년 약 1억 2,000만 톤으로 증가할 것으로 전망된다. 2030년 경에는 그린수소 에너지의 생산비용이 더욱 저렴해지면서, 다수의 암모니아 및 메탄올 신규 생산설비가 그린수소 방식으로 전환될 것이며, 이로 인해 그린수소의 수요는 2050년까지 최대 5,500만 톤으로 증가할 것으로 예상한다.
▲철강산업분야
기후온난화 대응정책으로 전 세계 주요 철강기업 들은 기존의 생산방식에서 친환경적인 공정으로 전환할 것으로 예상되며, 여기에는 수소를 환원제로 사용하는 직접환원철(direct reduced iron, 이하 “DRI”)이 포함된다.
2050년까지 전 세계 1차 철강의 연간 생산량은 약 15억 톤에 이를 것이며, 이 중 약 1/3은 DRI 방식을 통해 제조될 것으로 전망됩니다. 이러한 철강 생산방식의 변화에 기인한 그린수소 수요는 2050년까지 잠재적으로 약 1,000 만 톤으로 예상한다.
▲난방분야
상업 및 주거용 난방은 일반적으로 천연가스의 연소를 통해 이루어집니다. 2050년까지 천연가스 배관망에(부피 기준) 최대 10% 또는 1억 1,500만 톤의 수소를 주입하는 것은 가스 설비에 큰 변경을 필요로 하지 않으며, 탄소 배출이 상당히 줄어든다.
▲발전분야
액화 또는 가스 탄화수소의 연소를 통한 기존의 발전방식은 전 세계 전력 생산에서 가장 큰 비중을 차지한다. 재생에너지와 석유자원이 부족한 국가 (일본, 한국)들은 값비싸고 오염을 유발하는 수입 연료에 상당히 의존할 수 밖에 없으며, 송전선로를 통한 전기 수입은 높은 비용과 시스템 손실 및 지리적 장벽으로 인한 문제가 발생한다.
그러나, 그린수소 에너지는 이러한 문제에 대한 대안을 제공한다. 원유 수입에 의존하는 국가들은 향후에는 원유 대신 저렴한 그린수소를 수입하여 대형 발전용 연료전지를 통해 이를 전기로 전환할 수 있다.
▲수송분야
연료 내연기관 차량과 친환경 전기자동차(EV)의 경쟁은 갈수록 치열해지고 있다. EV용 전력은 차량을 플러그에 연결하여 배터리를 충전하거나 차량 탱크에 수소를 채워 연료전지를 통해 전기로 변환하여 제공된다.
연료전지는 전기화학 반응을 이용하여 산소와 수소의 결합을 통해 전기와 열을 생성하는데, 산소는 이미 대기 중에 존재하므로 연료전지는 수소 공급만을 필요로 하고, 기타 발전연료와 비교 시 다양한 장점을 보유하고 있다.
내연기관의 효율은 약 25% 정도이며, 복합 사이클 가스터빈은 약 65%의 열효율이 발생한다. 이와 비교하여, 수소연료전지의 효율은 일반적으로 80%~90% 수준을 유지한다.
청정 연료인 그린수소로 구동되는 연료전지는 석유, 가스 등 전통적인 연료를 필요로 하지 않기 때문에 탄화수소 수입에 대한 의존도를 줄일 수 있다.
연료전지의 수소탱크는 5분 이내로 충전이 가능하다. PwC Strategy& 분석에 따르면, 연료전지를 사용하는 EV는 비용면에서 화석연료 차량 및 전기 요금이 높은 국가에서 배터리 구동 EV의 대안이 될 수 있다. 또한 다수의 연구에 따르면, 장거리 중장비 운송의 경우, 연료전지를 사용하는 EV는 배터리 구동 EV보다 비용 측면에서 더욱 효율적이다.