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도시가스업계, 일본 보면 수소사업 읽힌다

일본 도시가스사들의 수소사회를 향한 사업화 전략
일본 정부의 수소 정책 핵심, ‘수소 조달 및 공급 ​​비용 절감’과 ‘수소 이용 방법 확대’
일본 도시가스사들, 기존 천연가스 인프라 활용해 저비용으로 수소연관사업 참여

[월간수소경제] 수소에너지는 환경친화적 에너지라는 특징을 기반으로 에너지 자급률 향상에 기여하고 산업계 기술혁신 촉진 등으로 이어질 수 있어 미래에너지의 대안으로 손꼽힌다. 미국, 유럽 및 일본 등 주요국들은 수소에너지 시대를 앞당기기 위해 자국의 자원과 기존 인프라, 산업기반 등에 적합한 수소 공급 가치사슬을 구축하고 수소산업 육성을 위한 경쟁력 강화에 적극 나서고 있다.


특히 일본정부는 수소사회 실현을 명문화하고 구체적인 목표를 설정해 민관협력 체계를 구축하는 등 적극적이고 체계적인 육성전략을 내세우고 있다. 이 같은 정부 방침에 맞춰 일본 도시가스 업계 역시 축적된 도시가스사업 노하우를 활용해 저탄소사회 조성에 기여하고자 노력 중이다.


도시가스업계가 수소사업에 참여하는 가장 큰 이유는 ‘수소사회 실현’을 목표하는 정부 정책에 적극 동참하면서 기존 천연가스 인프라를 활용해 저비용으로 수소연관사업에 참여할 수 있기 때문이다. 지난 2016년 4월과 2017년 4월 각각 시행된 전력소매자유화 및 가스자유화 정책도 한 몫 한다. 즉 정책시행에 따른 가스판매시장이 잠식당하는 상황에서 발전사업 등의 신사업영역을 확대할 필요성이 있고 기존 중앙집중식 발전에서 분산형 전원으로 바뀌는 세계적인 추세에 맞춰 신재생에너지 사업이 확대되고 이에 따라 늘어날 잉여전력으로 수소를 생산하거나 관련 기술개발을 통해 부가적인 수익을 기대할 수 있다.



수소에너지는 생산, 저장 및 운송, 이용 분야에 이르기까지 많은 분야의 기술이 종합적으로 연관돼 있어 수소에너지 확대를 위해서는 정부, 지자체, 에너지업계, 제조업계 등 다양한 이해 관계자들의 협력 강화가 필수적이다. 도시가스를 비롯한 기존 가스업계 역시 협력의 대상이자 그러한 논의와 전력방향에 따라 새로운 기회를 맞을 수 있는 것이다.


앞서 움직이기 시작한 일본의 수소 정책과 도시가스 업계의 사업화 전략을 분석해 국내 관련업계의 가야할 방향을 짚어볼 수 있다.


일본정부의 수소 정책 핵심, ‘수소 조달 및 공급 ​​비용 절감’과 ‘수소 이용 방법 확대’
일본정부는 2014년 4월에 발표한 에너지기본계획 법안에 수소사회 실현을 명문화하고 국가차원의 적극적 정책 의지를 표명했다. 같은 해 6월에는 수소·연료전지전략 로드맵을 책정하고 이어 2016년 3월, 일부 내용을 개정한 바 있다.


수소정책 관련 가장 최근에 발표된 내용은 2017년 12월, 아베총리가 참석한 에너지각료회의에서 ‘수소기본전략’이 채택된 것이다. 수소기본전략에는 2050년을 목표로 CO2를 배출하지 않는 에너지원으로서 수소를 단계적으로 보급시키기 위한 2030년까지의 구체적인 행동목표를 제시했다. 수소기본전략의 핵심은 크게 ‘수소 조달 및 공급 ​​비용 절감’과 ‘수소 이용 방법 확대’ 로 대표된다.



현재 일본에서 사용하고 있는 수소의 대부분은 석유화학단지로부터의 부생된 수소와 천연가스를 개질해 제조한 것이다. 수소기본전략에서는 이 일부를 재생에너지의 전력으로 생산된 수소로 대체해 나갈 방침이다. 즉 해외의 저렴한 미이용 에너지와 국내외 재생에너지를 이용해 수소를 대량 생산할 수 있는 체제를 확립할 예정이다. 또한 해외에서 액화수소를 수입하기 위한 국제적인 수소 공급망도 함께 구축할 계획이다.


수소사회로 나아가기 위해서는 수소 수요를 증가시키기 위한 수소 이용 확대가 필수적이다. 수소는 가정용, 건물용, 발전용, 휴대용, 수송용(승용차, 버스, 트럭, 지게차, 스쿠터, 열차, 선박, 항공기 등) 등 다양한 용도의 연료전지와 발전 등에서 이용이 가능함에 따라 일본정부는 수소 이용 방법의 저변을 확대할 방침이다.


먼저 수송용 연료전지의 경우 수소전기승용차 뿐만 아니라 수소전기버스, 수소전기지게차 등의 도입을 추진한다. 즉 일본정부는 2030년까지 수소전기차 80만 대, 수소버스 1,200대, 수소지게차 1만 대를 각각 보급할 계획이다. 또한 수소충전소는 2020년 160개소, 2030년에는 900개소로 확대할 방침이다.


다음으로 가정용 연료전지인 ‘에너팜’의 보급 확대에도 주력할 예정이고 이와 더불어 업무·산업용 연료전지 판매도 확대할 계획이다.


한편 수소 수요를 대폭 증가시키기 위한 용도로서 기대되는 부분이 발전분야에서의 이용이다. 수소기본전략에서는 현재 개발 단계에 있는 수소발전 기술을 2030년까지 상용 단계로 끌어 올려 발전비용 17엔/kWh의 실현을 목표로 하고 있다.
 
일본 도시가스사들, 천연가스 인프라 활용해 저비용 수소연관사업 참여 
일본 도시가스업계의 기존 천연가스 인프라를 활용한 수소연관사업과 기술개발 방향을 살펴보면 가장 먼저 ‘고정식 연료전지(에너팜 등) 판매 사업’을 들 수 있다.


도시가스업계는 천연가스 개질 수소를 이용하는 고정식 연료전지에 대해 제조업체와 협력해 개발 및 실증을 실시하고 보급 확대에 힘쓰고 있다.



2009년 1월, 도쿄가스, 오사카가스, 토호가스, 세이부가스, 신일본석유, 아스토모스에너지 등 6개사는 가정용 연료전지 브랜드인 ‘에너팜’ 판매를 개시했다. 2013년 5월에는 에너팜 보급 촉진을 목표로 ‘에너팜파트너스’가 설립되었고 2017년 5월 현재 157개 단체 및 사업자가 참여해 있다. 특히 도쿄가스는 올해 10만 대 판매를 기록했으며 일본 전체의 에너팜 판매는 지난해 말 기준 20만 대를 돌파했다. 일본은 2030년까지 530만 대 판매를 기대하고 있다.



일본 도시가스업계가 주목하고 있는 또 다른 연관사업은 ‘수소충전소 구축 및 운영사업’이다.


올해 3월, 일본 완성차업체와 에너지업체 등 11개사는 초기 수소충전소 구축 가속화를 위해 일본수소스테이션 네트워크 합동회사 ‘제이하임(JHyM)’을 설립했다. 이 법인에 지분을 참여해 이름을 올린 도시가스업체는 도쿄가스와 토호가스가 있다.


한편 일본 도시가스 사업자들은 현재 11개소의 수소충전소를 운영하고 있으며 이 가운데 도쿄가스와 토호가스는 각각 수소충전소 3개소를 운영 중이며 토호가스가 추가로 구축 중인 1개소는 올해까지 준공하게 된다.


수소충전소 내 수소제조설비가 포함되는지 여부에 따라 현지공급방식(on-site형)과 중앙공급방식(off-site형)으로 구분된다. 도쿄가스는 on-site와 off-site 충전소를 모두 건설 및 운용함으로써 보급 초기의 수소 제조설비 가동률을 향상시키기 위한 노력을 기울이고 있다. 또한 향후 수소전기차가 본격 보급되면 off-site를 on-site화해 공급 체제를 갖춘다는 계획이다.


이와 더불어 기술개발 측면에서 일본 대형 도시가스사들은 천연가스 개질 수소제조 능력 고도화를 위해 독자적인 촉매기술과 콤팩트형 수소제조장치 개발에도 힘쓰고 있다.


‘수소 고압파이프라인 구축을 위한 기술 조사 사업’도 도시가스업체가 관심을 기울이는 사업이다. 수소 고압파이프라인 운송은 신규 수소배관을 구축해 운송하는 것과 천연가스 파이프라인을 이용하는 것이 가능하다.



이미 오스트리아와 독일은 각각 천연가스 배관망에 수소 4%, 10%까지 혼합해 공급한 후 고순도 수소를 추출하는 실증실험을 성공한 바 있어 천연가스배관망은 천연가스뿐만 아니라 수소 운송도 가능할 것으로 예상된다.


캐나다 수소연료전지전문기업인 하이드로제닉스(Hydrogenics)는 2013년 6월부터 P2G에 의한 수소를 천연가스 배관망에 저장하고 난방용, 차량용, 발전용 등으로 다시 수소를 판매하는 사업을 독일에서 벌이고 있다. 일본은 대량 수소를 운송하기 위한 대응책으로 수소 고압파이프라인 공급 시 필요한 과제에 대해 일본가스협회가 2005년부터 기술 조사를 실시하고 있다.


일본 도시가스사들은 지자체 및 관련기업들과 협력해 수소타운 건설을 위한 실증사업에도 참여하고 있다. 수소타운은 수소플랜트나 수소충전소에서 수소전기차에 수소를 공급하고 수소파이프라인을 통해 도심지역의 오피스 빌딩, 아파트, 공장 등에 수소를 공급하는 역할을 하게 된다.


일본은 향후 규모의 경제로 연료전지시스템 비용이 낮아지고, 수소 관련 기술개발에 따라 수소가격이 인하되는 반면 환경세 등으로 화석에너지 가격이 대폭 인상될 경우 수소타운의 경제성이 상당 부분 개선될 것으로 예상하고 있다. 이뿐만 아니라 지역산업 활성화 및 고용효과 등에서도 기여하는 바가 클 것으로 예상해 일본 여러 지역에서 수소타운에 대한 실증시험이 이뤄지고 있다. 이 가운데 시즈오카 수소타운은 시즈오카가스와 파나소닉이 연계해 추진하는 사업으로 시즈오카가스가 건설한 수소충전소에서 수소전기차와 수소전기오토바이에 수소를 공급하고 파나소닉이 개발 중인 업무용 연료전지 등의 실증실험을 진행하고 있다.


또한 앞에서 살펴본 수소 파이프라인 구축을 위한 기술 조사 성과의 일부를 기타큐슈 수소타운 프로젝트에 적용해 실증사업을 진행하고 있으며 서부가스가 참여하는 후쿠오카 수소타운 실증사업도 추진 중이다.


또 다른 사례로 2020년 도쿄올림픽 선수촌 수소타운 실증사업을 들 수 있다. 이 사업은 도쿄가스가 참여하고 있다. 도쿄도는 2020년 도쿄 올림픽·패럴림픽 선수촌의 에너지 사업 예정자로 도쿄가스(운영사), JXTG 에너지, 파나소닉, 도시바 등 4개사로 이루어진 컨소시엄을 선정했다.


사업자들은 도쿄도와 20년간 임차계약을 체결하고 수소충전소를 구축·운영해 수소전기차와 버스에 수소를 공급하고 수소파이프라인을 구축(관경 150mm, 연장 약 1.2km), 도심지역의 가정·상업용 연료전지에 수소를 공급하게 된다. 이러한 공급시스템을 갖춰 2019년 12월까지 건설될 선수촌(21개동, 1만 7,000여 명 수용)에 전력과 온수를 공급하고 올림픽 이후에는 리모델링해 50층 고층건물 2동과 학교 등을 건설, 약 1만 2,000명이 거주하는 수소타운을 계획하고 있다. 


이외에도 일본 가스사들은 발전사업이 가능하기 때문에 장기적으로 재생에너지에 의한 수소제조 기술개발(P2G)과 수소발전사업 등에 적극 참여한다는 계획이다.



국내 가스업계, 단계별 수소사업 실행방안 구축 필요
수소산업은 온실가스 감축이라는 목표와 신성장사업 창출 측면에서 효과가 큰 만큼 국내 가스업계에도 미래먹거리 사업이 될 수 있다. 수소산업 육성을 목표로 설립된 수소융합얼라이언스추진단과 적극 연계해 다양한 논의와 협력방안을 찾아 나가는 노력이 필요할 것이다.


수소전기차 보급 확대에 맞춰 충전인프라 구축에 나서는 것도 한 방법이다. 현대자동차는 2013년 세계 최초로 수소전기차 양산체제를 갖췄다. 연료전지 스택 및 수소저장장치 핵심부품 국산화율 역시 95%에 달할 만큼 글로벌 기술을 선도한다. 그러나 충전인프라 구축은 미진해 국민이 느끼는 체감지수는 크게 떨어지는 실정이다.


수소전기차 보급 활성화를 위해서는 수소충전소 구축이 우선돼야 한다. 최근 정부는 수소전기차 관련 기반 조성을 위해 향후 5년간 2조 6천억 원을 투자하겠다고 밝혔다. 수소전기차 생산공장 증설과 수소버스 제작 운행, 수소에너지 공급 등에 민관이 공동 투자한다는 것이다.


현재 수소충전소 구축비용이 높기 때문에 한 기업의 단독 참여는 어려운 측면이 있으며 국내에서도 특수목적법인(SPC) 설립을 위한 MOU를 체결하고 올해 11월까지 SPC를 설립할 계획이다. 한국가스공사를 포함한 여러 기업 및 기관이 참여하는 SPC를 통해 국내 수소충전소 구축 활성화가 기대되며, SPC 사업 초기에는 투자를 분담하고 시장이 활성화됨에 따라 성과를 배분하는 방식으로 추진될 것으로 예상된다. 연료공급에는 다양한 방안이 논의되겠지만 도심 충전인프라의 경우 도시가스 개질형이 경쟁력이 높은 만큼 국내 도시가스업계의 관심과 참여가 요구된다.


또한 충전소 방식에서 기존 CNG 충전 인프라를 활용한 융·복합 수소충전소 비즈니스 모델을 확대해 가는 것이 필요하다. 재생에너지의 잉여전력을 활용한 수소 생산이 확대되기까지는 당분간 국내는 천연가스 개질에 의해 생산된 수소를 연료전지에 사용하는 것이 경제성 측면에서 유리하기 때문에 천연가스 개질에 의한 수소 생산 기술과 이산화탄소 포집 및 저장 기술 개발에 투자를 확대할 필요가 있다.


이와 더불어 천연가스를 원료로 수소를 생산하고 이를 천연가스와 혼합해 차량연료로 사용하는 HCNG(Hydrogen blended CNG, 수소천연가스)와 관련해 HCNG 차량 보급과 충전시스템 구축도 보다 확대돼야 할 것이다.



현재 일본은 가정용 연료전지 보급이 활성화되고 있으나 국내의 경우 발전용 연료전지 시장이 확대되고 있다. 하지만 이마저도 경제성 측면에서 어려움을 겪고 있는 것이 현실이다. 연료전지 시장의 가장 시급한 요구는 연료가격 저감이며 이를 만족시킬 수 있다면 다양한 비즈니스 모델도 개발할 수 있을 것이다. 천연가스 개질에 의해 생산된 수소를 연료전지에 사용할 경우 연료전지용 가스요금을 적용하는 방안에 대해 보다 적극적인 정부 정책과 지원이 필요하다고 판단된다.


마지막으로 향후 대용량 장거리 수소 수요가 발생할 경우를 대비해 수소 파이프라인 망 구축과 관련 제도 정비를 위한 기술개발 및 실증사업에 대한 준비가 필요하다. 현재 국내 수소 유통량 중 88%는 석유화학단지 내 저압파이프라인으로 운송되고 나머지 12%는 튜브트레일러로 운송되고 있다.


향후 튜브트레일러에 의존한 수송방식은 가격경쟁력이 저하될 가능성이 높아 전국 단위의 수소 고압파이프라인 구축이 필요할 것으로 예상된다. 이를 위해 기존 설치된 천연가스 배관망을 활용한 수소 운송 가능성 검토와 도시가스 공급에서 축적된 기술을 기반 한 수소 신규 파이프라인 공급 기술을 개발하는 등 가스업계의 수소에너지 연계 기술 확보 노력이 그 어느 때보다 필요할 것이다.




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