수소경제 활성화, 어디까지 왔을까?

수소경제 활성화, 어디까지 왔을까?

15기 김상재, 18기 이다연, 이시은

  

 우리나라 에너지 관련 이슈에서 빠짐없이 등장하고 있는 내용이 바로 한국형 그린뉴딜이다. 실제 2020년 7월 중순 정부는 그린뉴딜 국민보고대회를 통해 관계부처가 합동하여 한국판 뉴딜 종합계획을 공식 발표하였고, 이를 두고 선도국가로 도약하는 대한민국이 대전환을 향해 첫 발걸음을 내디뎠다고 평가하고 있다. 한국판 뉴딜 종합계획은 디지털 뉴딜과 그린 뉴딜이라는 중심 방향성을 가지고 선도형 경제, 저탄소 경제로 도약하겠다는 목표를 제시하고 있다. 

[자료 1 : 한국판 뉴딜 정책 추진 방향성]

출처 : 한국판 뉴딜 종합계획 전체본 

 이 중 그린 뉴딜의 대표 과제로 제시되고 있는 그린 에너지와 친환경 미래 모빌리티에서 수소가 어떤 역할을 맡고 있는지 짚어보려고 한다.     

한국판 뉴딜 종합계획 내 수소

한국판 뉴딜 종합계획에서 수소는 크게 2가지 대표 과제에서 주목받고 있다. 

첫 번째로 전기차, 수소차 등 그린모빌리티 보급 확대를 목표로  승용, 버스, 화물 등 수소차 20만대 보급(2025년까지 누적)과 수소차 충전 인프라 450대 설치 및 수소 생산기지 등 수소 유통기반 구축 완료(2025년까지) 그리고 미래형 전기차 부품, 수소차용 연료전지 시스템 기술개발 추진을 주요 과제로 추진하고 있다. 

[자료 2 : 한국판 뉴딜 정책 추진 : 그린모빌리티 관련]

출처 : 한국판 뉴딜 종합계획 전체본 

 위와 같이 정부는 그린모빌리티 보급 확대라는 큰 목표 하에 세부 과제를 제시하였고 2025년까지 전기, 수소 중심의 그린 모빌리티 확대를 통해 오염물질을 감축하고 미래 시장을 선도하겠다는 비전을 발표하였다. 

[자료 3 : 한국판 뉴딜 정책 추진 : 그린모빌리티 관련 수소생산기지 개념도]

출처 : 한국판 뉴딜 종합계획 전체본 

 특히, 수소 인프라에 있어서 수소의 안정적인 공급을 위해 수소생산기지와 수소 충전소 모니터링 시스템 등 수소유통기반을 구축하려 하고 있다. (수소생산기지 : 수요처 인근에서 수소를 생산하여 안정적으로 충전소 등에 공급하는 인프라) 

 인프라 뿐만 아니라 여객자동차 운수사업법, 화물자동차 운수사업법을 2020년 하반기 개정하여 수소자동차 보급 확대를 위해 사업용 수소차 연료보조금 제도를 단계적으로 도입하려 하고 있다. 

두 번째로 그린에너지에 있어서 태양광, 풍력 등 신재생에너지 산업 생태계 육성을 위해 대규모 R&D, 실증사업, 설비 보급 확대 과제를 제시하였다. 

[자료 4 : 한국판 뉴딜 정책 추진 : 그린에너지 관련]

출처 : 한국판 뉴딜 종합계획 전체본 

  위와 같이 현재 석탄발전 중심의 온실가스 다배출 국가로 수소 원천기술이 기초수준 연구에 머무르는 수준을 벗어나 2025년까지 신재생에너지 확산 및 다각화를 통해 저탄소, 친환경 국가로 도약을 목표로 수소 원천기술을 보유하겠다는 목표를 보여주었다. 특히, 수소에 관련하여 주목할 부분은 주요 투자사업으로 수소를 선정하여  생산부터 활용까지 전 주기 원천기술을 개발하고 수소도시를 조성하겠다고 발표한 점이다.  (22년까지 울산, 전주/완주, 안산 3개 수소도시 조성, 25년까지 3개 도시 추가적으로 조성 예정) 

[자료 5 : 한국판 뉴딜 정책 추진 : 그린에너지 관련 실증사업 지원]

출처 : 한국판 뉴딜 종합계획 전체본 

 특히, 수소 부분에서는 고압가스안전관리법 시행규칙을 개정하여 수소산업 안전기술 개발을 위해 액화수소 제조 안전관리 기준을 마련하였으며 저장, 운송기준을 마련하여 원천기술 개발에 가속도를 붙이고 있다.  

수소경제 활성화 로드맵 

 2019년 1월 정부가 발표한 수소경제 활성화 로드맵 중 기술개발 이행계획인 수소 기술개발 로드맵에 따르면 : 수소생산, 수소저장/운송, 수소활용(수송수단, 발전, 산업), 수소 전 주기 관리(안전, 환경, 인프라) 등으로 크게 분류하여 각 분류에 따른 이슈와 핵심기술 개발 전략을 세워 추진하고 있다. 

[자료 6 : 수소 기술개발 로드맵]

출처 : 수소경제 둘러보기 재구성, 재가공

 또한, 올해 7월 정부에서 공개한 제1회 수소경제위원회 안건 중 관계부처가 합동하여 제출한 수소산업 생태계 경쟁력 강화 방안에서 다시 한 번 세계 최고수준의 수소경제 선도국가로 도약하겠다는 비전을 선포하였으며 이를 위한 추진 전략으로 1. 경쟁력 있는 기업 생태계 조성 2. 함께 성장하는 지역 생태계 육성 3. 지속가능한 글로벌 밸류체인 구축을 제시하며 정부와 지자체, 기업, 공기업과 연구기관의 적절한 역할 수행과 협력을 당부하였다. 각각의 추진 전략에 대해 여러가지 과제들을 제시하였으며 빠르면 20년 하반기부터 시작하여 25년까지 가시적인 성과를 기대하고 있다.  

글로벌 수소경제 동향

우리나라가 위와 같은 노력을 통해 성공적인 수소경제 안착을 기대하고 있는 상황에서 주요 국가들의 수소경제 동향에 대해 짚어볼 필요가 있다. 

[자료 7 : 주요국 수소경제 동향]

출처 : 제1회 수소경제위원회 공개자료 

 수소경제를 선도하고 있는 주요 국가들은 기업, 지역, 해외 등을 다각적으로 검토하고 사업에 뛰어들고 있으며 이는 우리나라의 수소경제위원회가 발표했던 3가지 전략인 경쟁력 있는 기업 생태계 조성, 함께 성장하는 지역 생태계 육성, 지속가능한 글로벌 밸류체인 구축과 일맥상통한다고 할 수 있다. 특히, 일본과 미국은 수소 산업 전주기에 글로벌 기업이 존재하고 있으며 유럽은 H2Mobility라는 SPC(특수목적법인)을 설립, 운영하여 인프라 프로젝트를 진행하고 있다. 

[자료 8 : 일본 수소 Eco System 및 밸류체인 현황]

출처 : 제1회 수소경제위원회 공개자료 

 일본은 수소 산업 전주기에 글로벌 기업이 존재하며 정부는 수소 이용 뿐만 아니라 생산, 운송 분야에도 지원을 확대하고 있다. 

[자료 9 : 미국 수소 Eco System 및 밸류체인 현황]

출처 : 제1회 수소경제위원회 공개자료 

일본과 마찬가지로 미국은 CA를 중심으로 수소 산업 전주기에 글로벌 기업이 존재하며 우리나라의 현대자동차가 연료전지 기반 수소차 활용 그린, 초개인화 모빌리티 사업에 속해 있다. 

[자료 10 : 유럽 수소 Eco System 및 밸류체인 현황]

출처 : 제1회 수소경제위원회 공개자료 

 유럽은 P2G기업도 많고 수전해 설비 기업들도 많이 활동하고 있다. 유럽의 지리적 특성(국가 인접 및 EU)을 기반으로 항공, 철도 등을 기반으로 한 기업들이 밸류체인에 속해 있으며 H2Mobility라는 인프라 프로젝트를 진행하는 SPC를 설립하면서 P2G, 전해 장치, 모빌리티, 충전 관련 기업들이 함께 참가하고 협력하고 있다.  

[자료 11 : 수소경제 국제협력에서 대한민국의 위치]

출처 : 제1회 수소경제위원회 공개자료 

 하지만 우리나라의 수소경제는 매우 부족한 자원과 수소 선도국가에 비해 부족한 수소 기술을 가지고 있어 그다지 입지가 좋지 않다고 할 수 있다. 수소경제 주요 국가들이 구축하고 있는 글로벌 밸류체인에 비해 부족한 것이  현실이며 구체적인 중장기 전략도 부재하다는 평가를 받고 있다. 

 따라서 우리나라 수소경제 경쟁력 제고를 위해 선언에 그치는 보여주기식 국제협력은 지양하고 구체적이고 실질적인 프로젝트를 추진하여 국내 수소 역량 강화 및 국제 채널을 다양화할 필요가 있다. 

 또한 해외 수소 수입에서 안전성 문제로 인해 야기되는 밸류체인 형성 부족 관련 문제는 중장기적인 과제로 정부를 주축으로 지속적으로 발표하고 있는 수소경제 선도국가라는 비전과 로드맵대로 나아가기 위해서는 구체적이고 체계적인 국제 다자협력 및 투자유치 준비 역시 필요하다고 보고 있다. 

수소경제의 기본 (1) : 수소제조기술에 대한 분석과 생각

 앞서 언급한 바와 같이 현재 그린뉴딜정책으로 인해 수소경제에 대한 이목이 집중되고 있는 지금, 수소경제의 기본이라고 할 수 있는 수소제조기술에 대한 분석과 고찰이 필요한 시점이라고 할 수 있다.

 현재 진행중인 수소 생산 기술로는 크게 생물학적 방법에 의한 수소생산기술, 물 전기분해 수소생산기술, 태양광을 이용한 수소생산기술로 크게 3가지를 제시할 수 있다. 이러한 수소생산기술을 국내외 수소생산기술의 동향을 기준으로 나누어 보면, 국내는 태양광을 이용한 수소생산기술에 중점을 두고 연구를 진행중이며, 해외의 경우 생물학적 방법에 의한 수소생산기술에 중점을 두고 연구를 진행하고 있다.

 국내의 경우, 태양광을 이용한 물 분해 수소생산기술에 중점을 두고 연구를 진행하고 있으며 최근 포항공대 연구진에 의해 페로브스카이트 계열의 물질 및 산화물계, 가시광선계 광촉매 기술에 관한 연구 역시 행해지고 있다.

 해외의 경우, 생물학적 수소생산기술로 미국 하와이대학 소속 하와이 자연에너지연구소는 광합성 생물반응기인 ‘internal gas exchanges 광합성 생물반응기’를 설치해 연구를 진행하고 있으며 이와 동시에 일본에서는 유기 폐기물로부터 혐기 및 광합성 박테리아를 이용하여 수소를 생산하는 기술에 중점을 두고 연구를 진행하고 있다.

 또한 해외의 수소생산기술 동향 중 하나인 물 전기분해 수소생산기술의 분야에 있어서는 본 기술에 활용될 촉매의 개발이 기술의 효율을 결정짓는 요소 중 하나라고 할 수 있다. 이에 촉매의 개발부분에 있어 미국, 독일 등의 국가에서 연구가 활발히 진행되고 있으며 특히 미국의 경우 1기압, 80도의 조건에서 94.4%의 에너지 변환 효율을 가지는 촉매를 발명한 바 있다.

 수소경제에 있어 경쟁력을 확보하기 위해서는 수소경제의 원천 자원이라 할 수 있는 수소의 확보가 절대적으로 중요하기에 이를 가능하게 하는 수소생산기술에 있어 많은 연구와 투자가 진행되어야 한다.

 또한 국내외 기술 동향에서, 국내의 수소생산기술이 경쟁력을 지니기 위해 각종 광촉매의 연구뿐만 아니라 현재 해외의 연구 동향인 생물학적 수소생산에 대한 심도 있는 연구 역시 필요하다. 더불어 영국, 독일, 네덜란드에서 진행하는 친환경적인 방식으로 수소를 생산하는 트렌드에 맞추어 국내 수소생산 역시 지속 가능한 발전을 위해 현재 국내 수소공정의 70%를 차지하는 나프타 공정에서 친환경적인 방법으로 전환할 필요성이 있다.

수소경제의 기본 (2) : 수소모빌리티에 대한 분석과 생각

 19년 1월, 수소경제 활성화 로드맵 수립 당시 산업통상자원부는 2040년까지 ▶︎수소차 620만대 생산 및 수소충전소 1,200개소 구축 ▶︎연료전지 발전용 15GW, 가정·건물용 2.1GW 보급 ▶︎그린수소 확대로 공급량 526만톤/年, 가격 3,000원/kg 달성 ▶︎안정적이고 경제성 있는 수소유통체계 확립 ▶︎전주기 안전관리 체계 및 수소산업 생태계 조성 등 5개의 목표를 세운 바 있다.

 또한 승용차 이외 버스 및 택시에도 수소차 도입이 되고 있는데, 19년 시작한 수소버스 보급사업에 이어 '22년까지 2,000대, '40년까지는 4만대를 확충하려는 계획이다. 특히, 수소택시는 '19년 시범사업을 추진하였으며 '21년 주요 대도시 보급 이후 '40년까지 8만대를 보급하려는 목표를 갖고 있다. 

[자료 12 : 수소경제활성화 로드맵]

출처 : 산업통상자원부 수소경제활성화 로드맵

 로드맵 발표 이후, 기업, 지자체, 정부의 역량에 집중해 온 결과 한국 수소경제의 위상이 빠르게 높아지고 있다. 특히 수소차에 있어서 일본 등의 경쟁국을 제치고 19년 글로벌 판매 1위를 달성하는 쾌거를 이루었다. 또한 이러한 수소차의 핵심부품의 99%의 국산화를 이루고 있으며, 기술적 부분에 있어서도 굉장히 발전되어 있다고 볼 수 있다. 수소차의 국내 보급은 '18년 대비 약 6배 성장하여 5,000대를 돌파하였고, 수소경제 확산의 핵심 인프라인 수소충전소 또한 34기 운영 중으로 '18년 대비 2배 이상 확대 되었으며, 추가로 20여기 착공 예정이다.  

 명확한 목표와 추진력 있는 로드맵에 따른 성과에 비해 여전히 수소경제, 특히 수소 모빌리티에는 큰 부족한 점이 남아있다.

 먼저, 수소충전소 확충이 미흡하다. '18년 대비 2배 이상 확대되었다고 하나, 수소차 1만대 시대를 목전에 둔 상황에서 34기의 수량은 턱없이 부족하다. 여론과 여러 단체들에서도 지적하듯이 충전소 인프라 부족의 문제는 현재 수소 모빌리티에 있어 가장 큰 걸림돌이라 볼 수 있다. 이 뿐만이 아니다. 현재 소비자들에게 수소차 구입의 유인은 크지 않다. 수소경제 활성화는 현재 수소경제에 무지하거나 무관심한 사람들을 끌어들이는 데에 있는데, 이러한 점에 있어서 신시장에 대한 유입이 많지 않다는 점은 수소경제 확대의 한계를 만들 가능성이 농후하다. 

 이러한 문제점에 있어, 충전소 확충은 가장 우선시되어야 하는 정책이자 목표가 될 것이다. 이는 수소차를 위해 당연히 뒷받침되어야 하는 바탕이자 수소차 구입 후의 플러스 요인이 될 뿐, 수소차를 고려대상으로 두지 않았던 소비자가 수소차를 사도록 하는 요인은 되지 않는다. 따라서 수소차 판매 수가 증가함에 따라 충전소 착공이 발 맞추어 빠르게 이루어져야 할 것이다.

 더하여 시간당 4~6대가 충전가능한 현재의 충전소 기술을 발전시켜 대기시간 문제 또한 해결해야 할 것으로 보인다. 정부에서는 단순하게 수소 차량의 보급을 늘리려는 목표를 세우기 보다 이 목표가 시장 원리 하에서 이루어질 수 있도록 하는 장치를 마련하는 것이 장기적으로 효과가 있는 수소 모빌리티 확대 방안이 될 것이다. 

 수소차에 대한 유인책에 대해서는 보조금에 대한 홍보가 제대로 이루어져야 할 것이다. 현재 수소차에 대한 보조금이 산정되고는 있으나, 수소 모빌리티에 대한 유인책으로서의 효과는 내지 못하고 있다. 보조금에 대한 홍보를 통해 보조금이 수소차에 대한 확실한 유인책으로 기능하게 된다면, 수소차에 대한 수요가 늘어나고 이에 따라 수소차 기업은 자연스럽게 생산을 늘릴 것이다.

 또한, 보조금 이외에도 명확하고 가시적인 혜택이 주어져야 할 것이다. 이러한 혜택은 수소차 구입을 고려하고 있지 않은 소비자를 대상으로 하는 홍보 효과를 지녀야 한다. 이러한 특성을 지닐수록 더 큰 효과를 낼 수 있을 것이며, 장기적으로 운용이 가능한 정책일 것이다.

 충전소 확충의 인프라가 충분히 구축되는 동시에 이러한 정책적 전략이 시장에 제대로 효과를 낸다면 수소 모빌리티의 규모는 순식간에 커질 수 있을 것이다. 대중들에게 있어 접근이 용이해진 수소 모빌리티의 규모가 커지면 자연스럽게 수소경제의 타 분야들 또한 각광을 받고, 수소경제의 활성화로 이어질 것이다. 

대한민국 수소경제 경쟁력 제고 방향성

  앞서 언급했듯 우리나라는 매우 부족한 자원 수준과 수소 선도국가에 비해 부족한 수소 기술을 가지고 있는 수소경제에서는 그다지 입지가 좋지 않다고 할 수 있다. 또한 수소경제 주요 국가들이 구축하고 있는 전체적인 글로벌 밸류체인에 비해 부족한 것이  현실이며 구체적인 중장기 전략도 부재하다는 평가를 받고 있다. 하지만 점차 수소경제 밸류체인 내 일정 부분(모빌리티)에서 만큼은 선도국가 못지 않은 기술력을 인정받고 있다. 

 따라서 우리나라 수소경제 경쟁력 제고를 위해  보여주기식 로드맵 제시보다 구체적이고 실질적인 프로젝트를 추진하여 국내 수소 역량 강화 및 국제 채널을 다양화할 필요가 있다. 또한 수소경제 선도국가의 팔로워가 아닌 선도자로 나아가기 위해 우리나라 수소경제의 밸류체인이 글로벌화 되어야 하며 단순 내수시장만 생각하는 단기적 시각을 벗어나 중장기적 시각까지 고려하여 현실적이고 구체적인 다자협력과 투자 유치 준비를 한다면 로드맵이 원활하게 시행되는 미래를 기대해 볼 수 있을 것이다. 

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참고문헌

[한국판 뉴딜 종합계획 내 수소]

1. 정부 관계부처 합동, 한국판 뉴딜 종합계획 전체본, 한국판 뉴딜 국민보고대회(제7차 비상경제회의), 2020.07  

2. 정부 관계부처 합동, 한국판 뉴딜 종합계획 안건, 한국판 뉴딜 국민보고대회(제7차 비상경제회의), 2020.07  

3. 정부 관계부처 합동, 수소사업 생태계 경쟁력 강화 방안, 제1회 수소경제위원회, 2020.07 

4. 정부 관계부처 합동, 수소경제 활성화 로드맵, 2019.01 

[글로벌 수소경제 동향]

1. 과학기술정보통신부, 새로운 미래 에너지 수소 : 수소경제 둘러보기, R&D KIOSK, 2020.03

2. 정부 관계부처 합동, 수소사업 생태계 경쟁력 강화 방안 , 제1회 수소경제위원회, 2020.07  

[수소경제의 기본 (1) : 수소제조기술에 대한 분석과 생각]

1. 과학기술정보통신부, 새로운 미래 에너지 수소 : 수소경제 둘러보기, R&D KIOSK, 2020.03

2. 배용호, 수소경제 주요 계획과 미래 전망, 미래연구 포커스, 2020

3. 정부 관계부처 합동, 수소경제 활성화 로드맵, 2019.01 

4. 송근수, 국내외 수소생산기술의 연구개발동향, 한국환경산업기술원, 2016 

[수소경제의 기본 (2) : 수소모빌리티에 대한 분석과 생각]

1. 과학기술정보통신부, 새로운 미래 에너지 수소 : 수소경제 둘러보기, R&D KIOSK, 2020.03

2. 배용호, 수소경제 주요 계획과 미래 전망, 미래연구 포커스, 2020

3. 정부 관계부처 합동, 수소경제 활성화 로드맵, 2019.01 

4. 정부 관계부처 합동, 수소사업 생태계 경쟁력 강화 방안, 제1회 수소경제위원회, 2020.07 

5. 문재도, “수소경제가 성공하려면, 인프라·기술개발·네트워크 서둘러야”, 피렌체의 식탁, 2020.08 

firenzedt.com/?p=8851

[대한민국 수소경제 경쟁력 제고 방향성]

1. 정부 관계부처 합동, 한국판 뉴딜 종합계획 전체본, 한국판 뉴딜 국민보고대회(제7차 비상경제회의), 2020.07  

2. 정부 관계부처 합동, 수소사업 생태계 경쟁력 강화 방안, 제1회 수소경제위원회, 2020.07