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예상보다 빠르다 “수소 비용 급격하게 하락”

수소위원회, 맥킨지 통해 ‘수소원가 경쟁력 보고서’ 발간
수소 생산·유통 및 장비·부품 제조 규모 확대 추세 
2030년까지 수소 활용 분야 비용 최대 50% 하락 기대 
수소 경쟁력 확보하려면 2030년까지 700억 달러 투자 필요
“상용차·산업용 난방 등 22개 활용 분야서 경쟁력 갖출 것”  



[월간수소경제 이종수 기자] 지난 2017년 스위스 다보스 세계경제포럼(WEF)에서 출범한 ‘수소위원회(Hydrogen Council)’가 올해 출범 4년차를 맞았다. 


수소위원회는 전 세계적 에너지전환 단계에 있어 수소의 역할을 강조하기 위해 출범한 글로벌 CEO 협의체로 에너지, 화학, 완성차 업체 등 세계 주요 기업이 참여하고 있으며, 현대자동차와 프랑스의 세계적인 에너지업체 에어리퀴드가 공동 회장사를 맡고 있다.


회원사는 2017년 출범 당시 13곳에서 현재 81곳으로 늘었다. 이는 1년 전과 비교하면 40% 이상 늘어난 수치다. 사우디 아람코, 브리티시 페트롤리엄(BP), 셸, 토탈 등 에너지 기업과 커민스 등 파워트레인 업체도 참여했다.


수소위원회 공동회장을 맡고 있는 정의선 현대자동차그룹 수석부회장은 지난 1월 17일 수소위원회 홈페이지에 게재된 수소위원회와의 인터뷰에서 지난 3년간의 수소위원회 활동에 대해 “수소위원회는 설립 이후 꾸준히 산업계, 정부 그리고 일반 대중을 대상으로 수소사회 건설이 머지않은 미래에 구현이 가능하다고 앞장서 설득해왔다”고 평가한 뒤 “기후 문제에 대한 각국의 관심도를 감안해 수소위원회 차원에서 실현 가능한 기술적 해법과 정책 제안을 제공할 계획”이라고 말했다.


수소위원회는 그동안 ‘수소가 디지털을 만나다(Hydrogen meets digital)’ 등 총 4개의 연구 보고서를 발표해 전 세계의 주목을 받았다. 가장 최근에 발표한 보고서는 ‘수소원가 경쟁력 보고서(Path to Hydrogen Competitiveness: A Cost Perspective)’로 지난 1월 20일 프랑스 파리에서 열린 ‘수소위원회 CEO 총회’에 맞춰 공식 발표됐다.



글로벌 컨설팅업체 맥킨지에 의뢰해 발간한 이 보고서는 수소산업 전반을 아우르는 30여 개 회원사의 2만5,000여 개에 달하는 데이터를 기반으로 엄격한 방법론을 활용해 분석한 것으로, 향후 각 기업 및 정부가 수소에너지 분야의 사업성을 예측하고 개발 계획을 수립할 때 활용될 예정이다.    


이번 보고서의 데이터는 맥킨지가 제공한 분석적 지원과 함께 5개 주요 국가(미국·EU·일본·한국·중국)에 걸친 전체 수소 밸류체인을 나타낸다. 또 이 보고서는 공인된 수소 및 에너지전환 전문가로 구성된 독립 자문그룹에 의해 검토돼 신뢰성이 높은 것으로 평가된다. 


보고서는 다양한 수소 분야에 걸쳐 상당한 비용 감축이 예상된다는 것을 보여준다. 보고서에 따르면 기술 발전이 가속화해 생산과 유통, 활용 등 각 단계에서 원가가 예상보다 빠르게 하락할 경우 10년 안에 최대 50%의 원가절감 효과를 볼 수 있을 것으로 기대된다.   


원가절감의 핵심 3대 요인으로는 △재생에너지를 통한 발전 비용 하락으로 수전해 수소 생산 원가가 급격히 감소하고, △수소 유통과 충전 인프라가 규모의 경제를 갖춰 수소 공급가가 하락하며, △수소 활용 사업군들의 생산 확대로 수소연료전지 시스템 원가가 감소한다는 점을 꼽았다.


이를 위해 보고서는 오는 2030년까지 주요 지역에서 약 700억 달러 규모 투자와 함께 지원 정책이 필요하다고 제안했다. 이는 세계 연간 에너지 관련 지출의 약 5%에 이르는 규모다.


이에 <월간수소경제>는 수소융합얼라이언스추진단의 협조를 받아 ‘수소원가 경쟁력 보고서’의 주요 내용을 정리했다. 

 

수소원가 경쟁력의 길

지구온난화를 1.5℃로 제한하자는 여론이 높아지면서 전 세계 지도자들은 전례 없는 과제에 어떻게 가장 잘 대처할 것인가에 대해 고심하고 있다. 완전 탈탄소화는 다차원적인 전략을 필요로 하는데, 이는 수소에 대한 새로운 관심을 불러일으켰다. 


각국은 인구 집중, 집단 운송, 화물 물류, 난방 및 산업 공급원료 문제에서 수소가 아니면 탄소 감축이 불가능하고, 수소가 에너지 안보에 기여할 수 있다고 인지하고 있다. 


한편 자동차, 화학, 석유·가스, 난방 분야의 경영자들은 저탄소 수소를 지속가능한 목표의 실질적 달성을 위한 중요한 방안으로 보고 있다. 수소위원회의 이전 보고서인 ‘Hydrogen Scaling Up’은 세계 산업의 탈탄소화에서 수소가 할 수 있는 중요한 역할을 보여줬다. 그리고 기술개발과 초기 시연 프로젝트는 수많은 수소 활용 비용을 크게 낮췄다. 


그러나 최근 몇 년 동안의 급속한 개선과 추가 비용 절감에 대한 전망에도 불구하고 경쟁력 추세와 수소 경쟁력 확보 규모를 확충하기 위한 투자는 대중에게 불확실하게 남아 있다.


이번에 발간한 ‘수소원가 경쟁력 보고서’는 35개 활용 분야에서 사용되는 40개 수소 기술의 원가 경쟁력에 대한 증거자료를 제공한다. 이러한 자료는 정책입안자에게 수소의 경제적 가치를 창출하고 적절한 정책 프레임워크를 개발하는 재정적·비재정적 지원에 대한 확고한 근거를 제공한다. 기업 의사 결정자에게는 전체 수소 밸류체인의 가격 변동과 상호작용을 총체적으로 보여줌으로써 더 넓은 관점에서 그들의 노력을 쏟을 수 있게 한다.



 수소 밸류체인 확장에 따른 비용 절감 

이번 연구결과는 규모 확장이 수소 생산·유통과 시스템 구성요소 제조에 있어서 비용 감축의 가장 큰 요인이라는 점을 보여준다. 이는 기술적 혁신으로 인한 추가 영향을 고려하기 전에 상당한 비용 절감효과를 가져올 것이다. 


예를 들어 연간 600만 대의 차량 제조 규모에서 차량당 총 소유비용(TCO)은 현재와 비교해 약 45% 감소할 것이다. 이러한 비용 감축의 30%는 제조 규모의 확장, 5%는 저탄소·재생 수소 생산 비용의 감소, 10%는 수소 연료 공급 인프라 구축의 규모 확장에 기인한다.


먼저 공급망 확장에 따라 비운송 분야에서 90%의 비용을 절감할 수 있을 것으로 보인다. 


평균적으로 수소 공급 가격은 비운송 분야에서 차량당 총 소유비용(TCO)의 70% 이상으로 구성된다. 저탄소 수소 비용은 향후 10년 동안 급격하게 낮아질 것이고, 2020년부터 2030년까지 짧은 공급망의 수소 활용 분야에서 총 TCO 감소의 최대 90%를 차지할 것이다. 낮은 생산·유통 비용은 수소 비용을 낮추는 데 기여할 것이다. 


저탄소·재생 수소 생산 비용은 향후 10년 동안 최대 60%까지 급감할 것이다. 이는 재생에너지 전력발전 비용 감소, 수전해 확대, 저비용 탄소저장시설의 개발 등에 기인할 수 있다. 


아울러 유통시스템 인프라 활용도가 고도화됨에 따라 유통 가격이 절감될 것이다. 예를 들어 규모와 활용도가 개선됨에 따라 300km의 트럭 주행 비용은 40% 낮아질 것이다. 기존 파이프라인을 활용하면 이러한 비용은 더 낮아질 수 있다. 저비용 수소 사용을 늘리려고 하지만 가스나 재생에너지 공급원이 제한된 국가들은 자국 내 수소 생산의 대안으로 국제 운송비용의 절감 혜택을 받을 것이다. 



두 번째로 완성 장비의 제조 규모 확대에 따라 운송 분야에서 최대 70% 비용 절감이 이뤄질 것으로 보인다.


제조 규모 확대는 완성 설비비용이 많은 TCO의 요소로 구성된 수소 활용 분야(연료전지, 운송용 수소탱크 등)의 비용을 감축하는 또 다른 방법이다. 저렴한 수소 연료를 포함하는 부품의 대규모 산업화와 차량 통합은 규모 확장의 초기 단계에 차량 TCO를 절반으로 줄일 것이다. 제조설비의 규모는 이러한 감소의 70%까지 차지할 것이다.

 

2030년 활용 분야의 경쟁력 있는 저탄소 옵션

대규모 수소 생산과 유통시스템은 이전에 예상했던 것보다 많은 활용 분야에서 수소의 경쟁력을 확대한다. 이 분석은 35개의 대표적인 사용 사례에 중점을 두었으며, 2030년까지 22개 활용 분야에서 TCO는 다른 저탄소 대안과 동등한 수준에 도달하는 것을 보여준다. 


22개 수소 활용 분야는 전 세계 에너지 소비량의 15%를 차지한다. 2030년까지 수소가 이 모든 에너지 수요를 충족시킨다는 것을 의미하진 않는다. 그러나 미래 에너지 믹스에서 수소가 청정에너지 벡터로 작용하기 위한 중요한 역할을 보여준다. 


경쟁력이 있는 수소 활용 분야는 다음과 같다. 


상용차, 기차 및 장거리 운송 분야는 설비 및 급유 비용이 낮아 2030년까지 다른 저탄소 대안과 경쟁할 것이다. 수소 보일러는 천연가스 파이프라인을 적용한 기존 건물에 대해 경쟁력 있는 저탄소 난방 대안이다. 산업용 난방에서는 수소가 특정 환경에서 탈탄소를 위해 실행 가능한 유일한 옵션이다.


또한 수소는 생산가격의 하락과 수요 증가에 따라 전력시스템의 균형을 맞추는 데 점차 체계적인 역할을 수행할 것이다. 저탄소·재생 수소는 비용 감소와 탄소 가격 상승에 따라 현재 산업 공급원료에 사용되는 ‘그레이 수소’와 경쟁할 것이다.  


이번 연구의 35개 활용 사례 중 대형트럭, 장거리 객차, 포크레인 등 9개에서 저탄소·재생 수소 솔루션은 2030년까지 기존 옵션(화석에너지)과 경쟁할 것이다. 

 

수소 경쟁력 확보를 위한 제안

기존 수소 기술을 확장하면 2030년까지 광범위한 활용 분야에 걸쳐 경쟁적인 저탄소 솔루션을 제공할 수 있다. 또 일부 부문의 기존 연료에 대한 경쟁적인 저탄소 대안도 제공할 수 있다. 그러나 이러한 규모에 도달하기 위해서는 투자, 정책 조정, 수요 창출(시장 조성)이 필요하다.


수소가 경쟁력을 확보하기 위해선 2030년까지 약 700억 달러의 투자가 필요하다. 미래 에너지에서 수소의 역할에 대한 야심찬 비전을 실현하는 것은 자연스럽게 이뤄지는 것이 아니며. 현재 이상의 투자가 요구된다. 특히 수소 기술 비용과 최저비용 저탄소 대안의 격차는 결과적으로 수소 규모 조정과 가격 공정성을 위한 자금이 필요하다. 이번 연구에서 2030년까지 투자가 가장 큰 차이를 만들 수 있는 여러 분야를 확인했다.


먼저 생산 분야에서 수전해를 통한 재생 수소의 경쟁력을 확보하기 위해서는 200억 달러의 그레이 수소 생산의 누적된 자금조달 격차를 포함하는 총 70GW 전해조 용량이 요구된다. 경제적인 경쟁력에 도달한 2030년 이후에는 재생 수소의 비용이 추가로 낮아진다. 탄소 포집 및 저장장치(CCS)를 통한 천연가스 개질로부터 저탄소 수소 구현을 시작하기 위해서는 기존 저장장치의 사용을 가정할 때 ‘그레이 수소’와 비교해 2030년까지 추가 생산비를 조달하는 데 60억 달러가 필요할 것으로 추산된다. 


또한 연료 공급 및 배급 네트워크가 요구되는 운송 분야에서 연료전지·수소탱크와 다른 저탄소 대안을 비교한 경제적 격차를 극복하기 위해서는 300억 달러의 추가 투자가 필요하다. 


건물과 산업의 난방에서 수소와 천연가스 비용 차이를 조정하고, 수소를 위한 가스파이프라인을 구축하거나 용도를 바꾸는 투자는 2030년까지 170억 달러에 이를 것이다.


이러한 투자 수치는 상당히 크지만 전 세계 에너지 소비에 비해 약소한 수준이다. 연간 전 세계 에너지 소비의 5% 미만을 차지하며, 2019년 300억 달러에 달하는 독일의 재생에너지에 대한 지원과 동등한 수준이다. 


산업계는 투자할 준비가 되어 있지만 수소 채택을 지원하기 위한 정책 방향의 명확성은 더 빠르게 진행되어야 한다. 규모 확대를 위한 정책적 지원이 필요한 이유다. 가속화된 규모 확장으로 경제 적자가 해소될 것이기 때문에 지금 행동하는 것이 더 중요하다.   


정부가 제도를 활성화하면 궁극적으로 산업 규모를 이끌 투자가 증진될 것이다. 정부가 활동 분야를 만들 수 있는 6가지 방법은 다음과 같다. 


먼저 국가 전략을 수립하는 것이다. 정부는 이미 전 세계에 걸쳐 개발된 18개의 수소 로드맵을 통해 국가 목표를 설정하는 역할을 수행할 수 있다.   


두 번째는 조정자 역할이다. 정부는 잠재적인 지역투자 기회를 중재하기 위해 산업 이해관계자의 중립자로서 역할을 수행할 수 있다.  


세 번째는 규제다. 정부는 새로운 충전소에 대한 허가 절차를 용이하게 하고, 시장 특정성을 제한하기 위해 국제적으로 일관된 규제를 개발하는 등 수소경제에 대한 투자를 가로막는 장벽을 제거하는 데 도움을 줄 수 있다. 


네 번째는 표준화 정립이다. 정부는 압력 수준과 안전과 같은 국가 및 국제 표준을 제정해 산업을 지원할 수 있다. 


다섯 번째는 인프라 구축이다. 정부는 새로운 인프라 구축에 투자하고, 관련성이 있는 경우 기존 네트워크(천연가스 네트워크)의 재사용을 결정할 수 있다.  


마지막으로 세제·보조금 지원이 있다. 정부는 수소경제 초기 가속화를 장려하기 위해 세금 감면이나 보조금 같은 지원 정책을 마련할 수 있다. 




이러한 투자 및 정책 지원과 함께 수소 수요를 창출하기 위해서는 다음과 같은 5가지 방안을 제안한다.  


먼저 시장의 불확실성을 제거해야 한다. 장기적인 수소 유통과 계약의 체결은 설치 프로젝트에 대한 기술적인 리스크만 남기고 시장의 불확실성을 제거한다. 이는 이해관계자들에게 재생에너지에 대한 영감을 준다. 또 다른 예는 집약적이고 반복적인 수요를 제공하는 End-To-End 탄소 제로의 물류 솔루션으로의 이동을 촉진하는 것이다.


두 번째로 가장 큰 투자개선을 만들어내는 활용 분야와 기술에 집중해야 한다. 비용이 급격하게 감소한 후에 중요한 팁 포인트가 이번 연구에서 나타난다. 예를 들어 연료전지 생산을 1만에서 20만 규모로 확장하면 주요 기술적 혁신과 상관없이 단위비용을 최대 45%까지 줄일 수 있고, 이는 다양한 완성제품 상황에서 발생한다. 수전해를 70GW로 확장하면 kW당 400달러 미만의 수전해 비용이 발생한다.


세 번째로 수소 솔루션의 상호보완성을 추구하는 것이다. 특정 수소 솔루션의 개발은 다른 수소 활용 분야의 선순환을 만들어낼 수 있다. 예를 들어 공항 주변의 수소 인프라를 버스 급유, 공항 난방, 지역 산업 공급의 원료와 미래 잠재적인 항공 연료를 위해 사용하는 것은 개별 활용 분야의 비용을 절감할 수 있다.


네 번째는 유통 네트워크 활용률을 증대하는 것이다. 유통·급유 네트워크의 활용률을 20%에서 80%로 끌어올리면 유통비용이 최대 70%까지 줄어들 수 있다. 한 예로 수소 기반 가정난방 비용을 20% 줄일 수 있다. 네트워크가 이용자 수요를 충족시키려면 최소한의 인프라 한계점까지는 구축해야 한다. 


다섯 번째는 저탄소·재생 수소 생산을 위한 투자가 필요하다. 저비용수소는 모든 수소 활용 분야에 있어 3가지 비용 절감 요소 중 가장 중요한 요소 중 하나이며, 생성된 추가 수요와 함께 수소경제를 가속화하는 가장 중요한 단일 요소가 될 것이다.

 

2020년 수소 시대의 개막

수소의 규모는 이미 확장되고 있으며, 세계적으로 생성된 상당한 투자가 있다. 이는 다양한 분야에서 중요한 저탄소 옵션을 제공한다. 그러나 수소의 발전을 위해서는 여전히 상업 프로젝트를 통한 광범위한 수소 사용과 규모 확장을 만들어주는 적합한 재정적, 구조적, 정책적 지원이 필요하다. 


세계적인 탈탄소 과제의 시급성을 감안할 때 지금 수소의 장점을 이용해야 한다. 수소산업은 탄소 제로를 위한 에너지전환이 가능하도록 도울 수 있다. ‘수소원가 경쟁력 보고서’는 수소 활용 분야의 비용 전망을 명확하게 규명해 수많은 기회를 제시하고 있다.




이번 보고서를 작성한 맥킨지의 베르튼 하이드(Bernd Heid) 수석 파트너는 “업계에서 나온 실제 비용 데이터를 바탕으로 분석한 결과 오는 2030년까지 수많은 수소 솔루션이 이미 경쟁력을 가질 수 있다는 것을 보여줬다”며 “분석된 35개의 활용 사례 중 적합한 규모를 갖춘 수소는 철강산업과 기존 건물 난방과 같은 22개의 사용 사례에서 가장 낮은 비용의 저탄소 솔루션이 될 수 있고, 중장비 운송과 열차 등 9개의 사용 사례에서 기존의 화석에너지 체계를 능가할 수 있다”고 설명했다. 


수소위원회 공동 회장인 베노우트 포티(Benoit Potier) 에어리퀴드 회장은 이번 보고서 발간과 관련해 “2020년은 새로운 에너지 시대의 시작을 의미한다. 수소가 지구 에너지 시스템의 일부가 될 가능성이 현실화함으로써 우리는 더 적은 배출량, 에너지 안보와 유연성을 기대할 수 있다. 수소의 시대를 알린다”고 말했다. 


그는 이어 “수소와 함께하는 깨끗한 에너지 미래는 우리가 생각하는 것보다 더 가깝다. 산업계가 핵심 기술 과제를 해결하기 위해 열심히 노력해왔기 때문이다. 이 보고서는 수소 경쟁력을 완전히 달성하고 우리가 시급히 필요로 하는 탈탄소화를 이루기 위한 규모 확장의 길을 보여준다”고 평가했다. 




수소위원회의 공동 회장인 정의선 현대차그룹 수석부회장은 “수소위원회는 이 보고서의 결과가 수소의 일상 동력 활용 가능성에 대한 일반 대중의 인식을 높이고, 비용에 따른 수소경제의 불확실성을 해소할 것이라 믿고 있다”며 “우리가 이번 세기에 정한 세계 기후 목표에 도달하고 수소의 혜택을 얻으려면 지금이 행동해야 할 때”라고 말했다.




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