“연료전지는 수소에너지 시대의 문을 여는 열쇠이고, 타국에 앞서서 조기 실용화하는 것이 중요하다.”

지난 2002년에 일본의 고이즈미 총리가 시정방침 연설에서 한 말이다. 이 역시 수소경제의 주도권을 향한 강한 의지의 표현이다. 그 후로 15~16년이 흐른 지금 아직 본격적인 수소경제가 시작되었다고 말할 수는 없지만 선진 각 국은 지속적으로 자발적 시장진입을 위한 노력을 경주하고 있다.

실례로 일본의 아베 정부는 2017년 4월 ‘세계 최초 수소시대’를 선언했고, 2020년에 개최되는 동경올림픽 시점에 수소연료전지 자동차(이하 수소전기차) 4만 대와 이를 위한 수소충전 인프라를 현재의 97기에서 160기로 확충할 계획이다. 이를 위해 현재 충전소 설치비의 50%, 그리고 2,200만 엔의 운영비를 보조하고 있다.

중국은 전기차에 이어 수소전기차를 핵심전략산업으로 지정했다. 지난 2월에는 ‘중국 수소에너지 및 연료전지 산업 혁신 연합’ 출범식을 통해 ‘수소차 굴기’를 선언했다. 2020년 수소차 5,000대 및 수소충전소 100기 이상의 보급을 시작으로 2030년에는 수소차 100만 대 시대를 열겠다는 야심찬 계획이다. 최근에는 배터리 전기차 보조금을 승용차는 20%, 버스는 40~50% 삭감했지만 수소차 구매 보조금(3,370만 원)은 유지하는 정책을 추진하고 있다. 더불어 수소충전소 구축 시 전체 구축비의 60%를 지원하고 있다.

미국은 개별 주 단위로 자발적 시장진입을 위한 실증 프로그램을 운영하고 있다. 대표적으로 ‘캘리포니아 연료전지 파트너십’을 예로 들 수 있다. 현재 서남부 해안도로를 따라 총 63기의 수소충전소가 운영 혹은 계획 중이며, 인프라 확충을 위해 총 3,300만 달러의 보조금을 책정했다. 연료전지 차종은 트럭, 버스, 승용차, SUV 등이며 미국 전역으로 확대 보급 계획에 있다.

또한 각국은 수소에너지 보급 활성화를 위한 민관협의체(유럽 FCHJU, 미국 H2USA, 일본 HySUT, 한국 H2KOREA 등)가 발족돼 기술과 시장의 불일치 요인을 제거하기 위한 기술장벽 극복 및 실증(충전소 저가화, 700기압 충전소 운영, 충전소-수소차 연계 운영 시 실용성 및 내구성, 수소충전 인프라 구축을 위한 제조·운송·저장·충전을 포함한 전 시스템 차원의 실증) 그리고 안전 및 수용성 제고를 위한 법·제도 정비 등을 추진하고 있다.

그런데 수소차-수소 충전 인프라로 대변되는 청정 고효율 수소에너지 시스템이 이러한 각국의 부단한 노력에도 불구하고 조기 산업화가 더딘 이유는 무엇일까. 단적으로 말하면 투자경제성이 낮다는 것이다. 근본적으로 보조금 없이도 가격경쟁력을 확보하는 것이 중요하다. 하지만 현실은 잠재시장 규모에 대한 불확실성과 초기투자비(차량가격 혹은 수소충전소 시설투자비)가 너무 높은 실정이다.

연료전지 차량의 경우 정부(대당 2,250만 원)와 지자체(대당 1,000~1,250만 원)가 차량 구매 시 보조금 지급을 통해 보급 확산을 유도하고 있지만 자발적 시장진입을 위해서는 차량 가격이 반 이하로 낮아져야 하는 동시에 기존 내연기관 차량의 수명 연한과 비교할 때 현재 10년 정도인 내구성이 더욱 강화되어야 한다.

수소 충전 인프라(제조-수송-압축-저장-주입) 역시 기존 오일 주유소와 같이 선제적으로 구축되어야만 수소차 시장의 성장을 견인할 수 있는 필수 조건이다.

수소충전 인프라 국산화 기술 개발 필요
수소는 크게 공급방식에 따라 현장생산형과 중앙집중형으로 구분할 수 있다. 현장생산형의 대표적인 수소생산기술은 기존에 잘 확충된 도시가스 파이프라인 인프라망을 이용한 ‘천연가스의 수증기 개질’과 잉여전기 혹은 풍력·태양광과 같은 재생에너지 기반의 ‘수전해’ 방식에 의해 만들어지는 수소를 수요자에게 바로 공급하는 방식이다.

두 가지 방법 모두 운송을 위한 부대비용이 들지 않는다는 장점이 있지만 수전해 방식은 개질 방식에 비해 수소를 제조하는데 약 2.6배의 비용이 든다. 이는 대규모로 수소를 일차 생산한 후 충전소 부지까지 이송하는데 필요한 튜브트레일러, 액화탱크, 파이프라인과 같은 수송 수단 비용이 추가적으로 필요하며, 이에 따른 비용이 생산비의 두 배 이상이 들기 때문이다.

참고로 미국 에너지부 산하 ‘에너지 효율 및 재생에너지 사무국’에서 분석한 수소비용 자료에 의하면 현장생산형 수증기 개질방식이 가장 저렴하며, 중앙집중형의 수증기 개질방식 및 파이프라인에 의한 단거리 수송이 그 다음을 차지하는 것으로 평가된다. 즉 수소경제 초입단계에서는 수소차 차량 대수의 제한으로 인해 현장 소규모 생산 방식이 절대 유리하며, 보급 확산을 통한 활성화 단계가 되면 중압집중형의 대규모 생산방식이 고려될 필요가 있다.

물론 우선은 석유화학공정에서 발생되는 부생수소 중 일부분인 약 10만톤 정도가 당장 사용될 수 있지만 이는 수송비 문제로 단거리 파이프라인 인프라가 구축된 석유화학공단 인근 도시에서만 활용가능한 제한성이 있다.

따라서 현시점에서 가장 경제적인 수소충전 인프라 구축의 핵심 요소는 ‘현장생산형 수증기 개질 고순도 수소생산 유닛’이며, 이의 저가화를 위한 국산화 기술이 시급한 과제이다. 현재 수소 생산량 기준 300Nm3/hr(수소차 약 100대/일 충전 용량)의 설비의 경우 대당 30억 원 정도의 판매가격을 1/3 정도인 10억 원대로 낮추어야 한다.

이렇게 초기 시설투자비가 높은 단적인 이유는 핵심기술에 대한 국산화율(40~50%)이 저조하고 현실적으로 시판 가능하고 성능이 입증된 국산화 제품이 없어 전적으로 수입제품에 의존하기 때문이다. 이러한 문제를 개선하기 위해서는 초기 시설투자비와 운영유지비를 낮추는 동시에 고효율 및 컴팩트화를 위한 정교한 시스템 통합 엔지니어링 고유설계 기술이 요구된다.

보조금 확충 및 인센티브 도입해야
정부는 ‘혁신성장 관계장관회의’에서 미래차 육성전략으로서 2022년까지 수소차 1만 6,000대(수소버스 1,000대 포함), 수소충전소 310개소를 보급할 계획이라고 발표했다. 이를 이행하기 위해서는 단순 수치계산으로 보면 수소차는 연간 3,000대, 충전소는 60개소 이상이 보급되어야 한다. 수소차는 미세먼지와 유해 산성물질을 원천적으로 배출하지 않는 친환경차인 동시에 기존 내연기관 자동차 효율의 두 배 정도인 고효율 동력원이다. 도심 대기오염의 주범인 디젤자동차를 대체할 수 있는 미래차이기도 하다.

수소충전소는 지역특성에 적합한 구축 모델(개질형, 수전해형, 부생수소 등)이 있다. 따라서 정부가 발표한 보급계획이 실효성을 갖기 위해서는 우선적으로 보조금 예산 확충과 인센티브 제도(취득 시 세금감면, 수소연료세 감면 등) 도입과 더불어 정부의 정책방향과 산업계의 의견이 수렴된 연차별 로드맵 및 구체적인 액션플랜이 수립되고 이를 기반으로 실행 및 주기적 점검이 이뤄져야 한다.