에너지정책소통센터

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수소

수소는 우주를 구성하는 원소 중 90%를 차지할 만큼 무궁무진한 자원이다. 지구 면적의 2/3를 덮고 있는 물 역시 수소원자를 포함하고 있어 부산물 없이 깨끗하게 쓸 수 있는 지속가능한 에너지인 셈이다. 수소와 산소의 화학반응을 이용해 에너지를 생산하며, 이 과정에서 오직 물만 배출하기 때문에 환경오염물질이 발생하지 않는다. 수소는 생산부터 소비에 이르는 전 과정을 고려해도 다른 에너지원에 비해 이산화탄소와 미세먼지 발생량이 훨씬 적다.

수소 (2021년 기준)

수소승용차 누적보급량 : 19,404대 (출처 : 국토교통부, Marklines)
연료전지 발전설비 : 767,5MW (출처 : 한국에너지공단)
수소충전소 : 170기 설치 (출처 : 환경부)

수소를 이용하는 다양한 방법 중 대표적인 것이 연료전지다. 연료전지는 연료의 화학에너지를 전기화학반응을 통해 전기에너지로 직접 변환하는 장치다. 발전효율이 높으며 대형·가정·건물용 발전, 수송용, 휴대용 등 활용도가 다양하기 때문에 미활용 에너지나 재생에너지 등 값싼 자원으로부터 수소를 만들어 대체 에너지로 이용하면 에너지 비용을 낮추면서 에너지 조달처를 다변화하는 효과를 거둘 수 있다.

현재 전 세계 수소에너지의 50% 이상은 천연가스를 고온·고압에서 분해해서 얻는 ‘그레이 수소’이며, ‘블루수소’는 이러한 그레이수소를 만드는 과정에서 발생한 이산화탄소를 포집·저장하여 탄소 배출을 줄인 수소를 말한다. 반면 ‘그린수소’는 태양광이나 풍력 등 재생에너지로 생산한 전기로 물을 분해하여 생산하는 방식으로 탄소배출이 없어 탄소중립 달성을 위한 미래 에너지원으로 각광받고 있다.

수소와 원자력의 만남, “우린 제법 잘 어울려요”

수소와 원자력의 만남, “우린 제법 잘 어울려요”

우주 질량의 약 75%를 차지하는 수소는 미래를 이끌 청정에너지로 주목받고 있습니다. 구하기도 쉽고, 공해도 발생시키지 않기 때문이죠. 이미 상용화된 수소자동차는 주행 도중 공기를 정화시켜 ‘달리는 공기청정기’라 불리기도 합니다.

그러나 수소는 반응성이 강해서 화합물로 존재하므로, 수소를 얻으려면 에너지를 들여 분리해내야 합니다. 보통은 물을 전기분해서 수소를 생산하지요. 따라서 수소가 청정에너지로서 가치를 지니려면 수소를 생산하는 데 필요한 에너지를 친환경적으로 얻을 수 있어야 합니다. 그래서 많은 나라가 재생에너지를 이용해서 수소를 생산하려 하는데요, 최근에는 원자력발전 역시 청정수소를 생산하는 방법으로 주목받고 있습니다.

다양한 수소 생산 방식. 어떤 에너지원을 사용하느냐, 무엇을 원료로 삼느냐에 따라 색상으로 구분합니다. © 그린포스트코리아

수소는 다양한 방식으로 생산할 수 있습니다. 그래서 생산 방식에 따라 색상을 부여해서 구분하는데요, 석탄을 이용한 가스화 공정으로 생산하는 ‘브라운 수소’, 천연가스를 이용해서 생산하는 ‘그레이 수소’, 재생에너지 전기를 이용해서 생산하는 ‘그린 수소’ 등이 있지요. 원자력을 이용하는 방법은 레드, 퍼플, 핑크 수소라고 합니다.

원자력은 재생에너지보다 예측이 쉽지만 한 번 가동하면 출력을 조절하기 어려워서 계속 전력을 생산해야 합니다. 이렇게 지속적으로 나오는 전력 중 사용하지 않고 남은 전력, 그리고 원자로에서 발생해서 버려지는 열을 활용하면 탄소 배출량을 최소화하면서도 안정적으로 수소를 생산할 수 있습니다.

원전으로 수소 생산하고자 하는 미국·프랑스

현재 세계 각국에서 원자력 시설 내 수소생산시설을 설치하고, 원전에서 나오는 전기와 열을 바탕으로 수소를 생산하기 위한 실증 프로젝트가 한창입니다.

미 에너지부(DOE)에서 발표한 Hydrogen Shot Initiative에 제시된 전기분해 수소 생산 계획. 2030년까지 청정수소 생산단가를
kg당 1달러까지 낮춘다는 계획입니다. 구체적으로 전력 단가를 낮추고 효율과 이용도를 높이는 한편, 자본 비용은 80%, 운영
및 관리 비용은 90% 이상 감축합니다. 이를 달성하기 위해 다양한 실증 연구가 진행되고 있습니다. © DOE

대표적인 나라가 미국입니다. 미국은 2010년대 중반부터 아이다호국립연구소(INL)을 중심으로 원자력 기반 수소 생산의 타당성을 연구해 왔습니다. 최근에는 에너지부(DOE)에서 Hydrogen Shot Initiative를 발표하며 재생에너지와 원자력을 이용한 수소 생산에 박차를 가하고 있는데요, 2030년까지 청정수소 생산단가를 kg당 1달러까지 낮추는 것이 그 목표입니다. 가동원전을 활용한 수전해 수소 생산 실증 역시 착실히 진행되고 있습니다.

유럽에서는 원전 강국 프랑스의 움직임이 눈에 띕니다. 2021년 10월 마크롱 대통령은 300억 유로 규모의 ‘프랑스 2030 투자 계획’을 통해 원자력 수소 생산에 대규모 투자를 진행할 것을 발표했습니다. 일본, 이탈리아, 독일 등 다른 나라들도 관련 기술 개발에 속속 뛰어드는 모양새입니다.

국내의 ‘원전 + 수소’ 현황은?

국내에서는 한수원이 그 중심에 있습니다. 한수원은 여러 유관기관 및 기업과의 협업을 바탕으로 지난 4월부터 ‘대용량 청정수소 생산/저장 플랜트 설계 및 인허가 대비 기반연구’ 과제를 추진하고 있습니다. 한수원은 2024년 3월까지 해당 연구를 진행한 후, 이를 바탕으로 2027년까지 본격적인 대규모/대용량 플랜트 운영 기술 개발에 나설 방침입니다. 최종 목표는 원자력을 활용한 청정수소 생산 기술을 개발하고, 상용화하여 수소 융복합 생태계를 구축하는 것입니다.

한수원은 수소를 기반으로 하는 다양한 비즈니스 모델을 개발하고자 합니다. 원자력 수소는 전력 판매단가가 낮고, 가동률까지 높기에 경쟁력 있는 기반기술이 될 수 있습니다.
그림은 ‘2022 원자력 청정수소 비즈니스 포럼’ 유튜브 영상에서 캡처한 자료. © 한국원자력산업협회

전통적인 자원빈국인 우리나라는 대부분의 에너지를 수입해 쓰면서 에너지 안보는 물론, 경제적인 측면에서 많은 손해를 보고 있습니다. 하지만 미래를 이끌 두 에너지, 수소와 원자력의 만남은 우리나라도 충분히 에너지 기술 수출국으로서 자리 잡을 수 있는 가능성을 제시합니다. 탄소중립의 구원투수이자 새로운 수출동력으로 떠오른 ‘수출원전+청정수소’ 사업모델에 많은 기대를 해봅니다.

[참고]
세계원전시장 인사이트(2022.04.29) - 에너지경제연구원
세계원전시장 인사이트(2022.03.18) - 에너지경제연구원
2022원자력 청정수소 비즈니스 포럼 - 한국원자력산업협회

관련 링크 : https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222782742421

출처 한국에너지정보문화재단

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정책

제1차 수소경제이행기본계획

정부는 「수소선도국가 비전」의 실현을 위해, “청정 수소경제 선도국가(First Mover)”로의 도약을 목표로, 「제1차 수소경제 이행 기본계획」을 수립하였습니다.

의의 및 비전

금번 계획은 올해 2월 수소법 시행 이후 첫 법정 기본계획으로써, 「수소선도국가 비전」에서 제시한 △국내‧외 청정수소 생산 주도, △빈틈없는 인프라 구축, △모든 일상에서 수소활용, △생태계 기반 강화 등 4대 추진전략을 바탕으로 15개 과제*를 추진합니다.
* △그린‧블루수소 생산‧도입, △수소 유통인프라 확충, △수소발전‧모빌리티‧수소산업공정 확산, △수소 클러스터·도시·규제특구 육성, △수소안전‧기술개발‧국제협력 등
특히, 2050년 연간 2,790만톤의 수소를 100% 청정수소(그린‧블루수소)로 공급하고, 국내 생산은 물론 우리 기술·자본으로 생산한 해외 청정수소 도입으로 청정수소 자급률도 60% 이상 확대할 계획입니다.
* 청정수소 비중 / 자급률 목표 : (’20년) 0% / 0% → (‘30년) 75% / 34% → (’50년) 100% / 60%

주요 추진과제

1 국내·외 수소 생산을 ”청정수소 공급체계“로 전환합니다.
- 재생에너지와 연계한 수전해 실증을 통해 그린수소의 대규모 생산기반을 구축하고, 생산단가를 감축하겠습니다.
  * 그린수소 생산확대 / 단가 : (‘30년) 25만톤 / 3,500원/kg → (’50년) 300만톤 / 2,500원/kg
- 동해가스전 실증 등 탄소포집저장기술(CCS) 상용화 일정에 맞추어 탄소저장소를 ‘30년까지 9억톤 이상 확보하여, 이산화탄소 없는 청정 블루수소를 ’30년 75만톤, ‘50년까지 200만톤 생산하겠습니다.
  * ’25년 국내 블루수소 최초 생산(25만톤급, 보령)
- 아울러, 국내 자본·기술을 활용한 해외 재생에너지-수소 생산 프로젝트를 추진하여 ‘50년 40개의 수소공급망을 확보하겠습니다.
  * 블루 암모니아 해외 생산 개시(’25), 블루 암모니아 해외 도입 개시(‘27)
- 특히, 안정적인 수소 수급을 위해 비축기지 건설(’30) 및 국제거래소를 설립하고, 수소 생산국들과 협의하여 국제적으로 통용될 수 있는 청정수소 인증제 및 원산지 검증체계를 구축하겠습니다.
2 청정수소를 어디서나 편리하게 사용할 수 있는 인프라를 마련하겠습니다.
- 석탄·LNG발전소, 산단 인근에 수소항만을 구축하고, 항만시설 사용료‧임대료 감면 등 인센티브 부여를 통해 항만 내 선박·차량·장비 등을 수소 기반으로 전환해갈 계획입니다.
- 또한, 수소생산·도입 주요 거점을 중심으로 수소 배관망을 구축하고, 기존 천연가스망을 활용한 수소혼입도 검토(‘22~)하겠습니다.
- 주유소·LPG 충전소에 수소충전기를 설치하는 융복합 충전소 확대 등을 통해 수소충전소를 ‘50년까지 2,000기 이상 확보할 계획입니다.
  * 수소충전기 보급목표(기): (’22) 310 → (‘25) 450 → (’30) 660 → (‘40) 1,200 → (’50) 2,000 이상
3 발전‧모빌리티‧산업 등 모든 일상에서 수소를 활용할 수 있도록 하겠습니다.
- 수소연료전지에 더하여 석탄에 암모니아 혼소발전(‘27~), LNG 수소 혼소 등 수소발전을 상용화하고, 청정수소 발전의무화 제도(CHPS) 도입, 환경급전 강화 등으로 이를 뒷받침 하겠습니다.
  * 수소발전량 : (‘20) 3.5TWh → (’30) 48.2TWh → (‘50) 287.9TWh ('20년 대비 82배↑)
- 수소차 생산능력의 대폭 확충(’50년 526만대)과 함께 ‘30년까지 내연기관차 수준으로 성능을 제고하고 선박‧드론‧트램 등 다양한 모빌리티로 수소 적용을 확대하겠습니다.
4 수소산업 육성 저변 강화를 위한 제도 기반을 마련하겠습니다.
- 수소 관련 기술개발의 시너지 효과 제고를 위해 각 부처별로 개발 기술 규모를 상향, 범부처 통합실증을 실시하겠습니다.
- 아울러, 선제적 안전기준 수립, 국제표준 선점 지원 등을 통해 수소 산업 경쟁력을 강화하고, ’글로벌 수소 연합회‘를 출범하여 수소생태계 구축을 위한 국내·외 기업간 협력을 더욱 강화하겠습니다.