월간수소경제 = 이종수 기자 | 공정사회실천연대는 국민의힘 측에 ‘석탄발전소 수소발전융복합클러스터 전환’ 프로젝트를 제안했다. 

월간수소경제는 전재은 공정사회실천연대 사무총장과의 인터뷰를 통해 ‘석탄발전소 수소발전융복합클러스터 전환’ 프로젝트에 대해 상세히 들어봤다.

전 사무총장은 한국전력 처장(1갑) 출신으로 국내외 전력에너지 분야 사업개발 전문가다.

‘석탄발전소 수소발전융복합클러스터 전환’ 프로젝트를 제안한 근본 배경을 말해달라.

오는 2026년부터 유럽은 수입품에 대해 국경탄소세를 본격 부과할 계획이다.그 기준이 되는 ‘그린 텍소노미’는 LNG발전소의 CO₂ 허용 배출량을 270g/kgNG으로 설정했는데, 한국 내 가스발전소의 평균 CO₂ 배출량은 450g/kgNG으로 EU 기준을 크게 상회하고 있다.

한편 미국은 지난 2023년 5월 IRA(인플레이션 감축법)에 근거해 모든 석탄발전소에 대해 2030년까지 100% CCS를 적용하든지 아니면 2040년까지 폐지하고, 모든 가스발전소도 2035년까지 90% CCS를 적용하든지 아니면 수소혼소를 2032년까지 30%, 2038년까지는 96%로 할 것을 요구하는 행정명령을 발효했다.

IPCC(유엔 기후변화정부간협의체)는 2023년 6월 CO₂를 95% 이상 포집한 CCS만 국제공인 CCS로 인정한다고 발표했다.

문제는 국내 모든 화력발전소는 앞서 언급한 기준을 적용하면 하나도 살아남을 수 없다는 것이다. 정부의 ‘제10차 전력수급기본계획’에 반영된 20% 수소·암모니아 혼소발전은 물론 대량의 액화암모니아 수입으로 혼소율을 50%까지 상향 조정한다 해도 그 어느 것도 국제기준을 맞출 수 없다.

특히 이를 뒷받침할 CCS 계획도 거의 없는 실정이라 수출로 먹고사는 대한민국이 국경탄소세라는 치명적 소나기를 앉아서 그대로 맞을 수밖에 없는 상황이다.

더욱 심각한 것은 탄소중립, 수소생산과 가장 밀접한 국가계획인 ‘탄소중립녹색성장기본계획’, ‘수소경제이행기본계획’, ‘전력수급기본계획’ 어디에도 국내에 얼마만큼의 수소가 정확히 왜 필요한지 구체적 추정이나 그런 추정에 상응하는 구체적 수소생산계획, 이에 따른 CCS 계획이 아직 거의 없다는 사실이다.

국가 혼소발전 계획대로 한전이 20% 수소혼소발전을 추진한다면 연간 약 500만 톤의 수소가 필요하다. 점차 세계표준이 될 가능성이 높은 미국 혼소발전 기준에 맞춘다면 연간 약 2,000만 톤의 수소가 필요하다.

한편 현대차그룹은 최근 모빌리티 분야 중심으로 2035년까지 연 300만 톤의 수소가 필요하다고 밝혔다. 포스코그룹은 수소환원제철, 자체 수소발전 등에 2050년까지 연간 700만 톤의 수소가 필요하다고 발표했다. 이처럼 기업들도 나름 자체 수소 수요가 상당하리라 판단하고 있다.

또 산업부가 2026년까지 상용화 목표로 추진 중인 기존 가스망에 수소 20%를 혼입하는 프로젝트에도 연 750만 톤의 수소가 필요하다. 요약하면 5∼10년 내에 최소 1,000만 톤 이상의 수소 수요가 국내에서 발생하는 셈이다.

그러나 지금까지 발표된 국가계획은 2030년까지 발전용 수소 353만 톤이 필요하고. 2050년경 국내생산 500만 톤(그린수소 300만톤, 블루수소 200만톤) 외에 부족한 2,290만 톤은 전량 수입하겠다는 것이 전부이다.

최근 국회입법처가 정부의 수소경제 계획 분석보고서에서 지적했듯이 정부가 수소조달 목표 세우기에만 급급했지 구체적 방안들이 없고, 모든 것을 20년 후 수입으로 한 방에 해결하겠다고 하는 것이다.

이러한 문제들을 시간, 예산, 현실적 관점에서 극복할 수 있고, 이를 통해 대한민국이 다가오는 탄소중립시대를 리딩하고 국가 고도경제성장의 기회로 삼기 위한 방안으로 석탄발전소 수소발전융복합클러스터 전환 프로젝트를 제안하게 된 것이다.

현 정부가 역점을 두고 있는 신규원전 건설과 소형모듈원전(SMR) 보급, 분산형 전원인 연료전지발전소를 대규모 건설하면 대량의 수소생산량을 크게 줄일 수 있지 않을까?

본인은 과거 울진5, 6호기 원자력발전소 신규건설 계약 담당자였다. 원자력발전소 건설은 설계단계부터 시작해 준공까지 통상 10년 정도가 걸린다. 10년이란 장기간도 문제지만 선결 문제로 2030년까지 고준위방사선폐기물을 저장할 방폐장이 확보되지 못하면 기존 원전도 세워야 할 판이라 신규원전 건설이 무의미해질 수가 있다.

지난 5∼6개 정부에서도 성사 못시킨 방폐장 건설문제가 지금으로선 성공여부를 낙관할 수 없다. 그리고 SMR(소형모듈원전)은 프로토타입이 2030년경 출시되고, 그 상용화는 2050년경으로 시장은 추정하고 있어 실제 적용은 시기상조인 먼 이야기인 것 같다.

분산형전원의 대표주자인 연료전지발전소는 대량의 청정수소(그린·블루수소) 공급이 어려운 현 상황에서 확장성과 경제성에 분명한 한계를 갖고 있다.

국내에 대량의 청정수소 공급이 시급한 상황인데, 이를 놔두고 아직 선결이 불확실한 원전이나 SMR 및 연료전지발전소에만 매달린다면 우리 스스로 눈앞의 위험에 눈을 감아 버리는 행위가 될 것이다.

대량의 블루수소를 생산하는 ‘석탄발전소 수소발전융복합클러스터 전환’ 프로젝트는 대량의 CCS 처리가 관건인데, 이것이 현실적으로 가능한가?

현실적으로 가능하다. 2023년 7월 현재 전 세계 CCS 프로젝트는 392개가 진행 중이고, 프로젝트 수가 2022년부터 현재까지 매년 40% 이상 폭발적으로 증가하고 있다. 현재 41개 프로젝트가 상업 운전 중이고, 26개 사업은 건설 중이다. 최근 1년 사이 10개 이상 사업이 상업운전에 들어갔고, 개별 프로젝트의 수소 생산량은 연 수십만 톤, CO₂ 포집량도 연 1,000만 톤을 상회하며 급속히 대형화 추세에 있다.

국내에서는 포스코 인터네셔널, SK E&S, GS칼텍스, 삼성엔지니어링 등이 해외 CCS 사업에 본격 참여 중이다.

현재 CCS 사업은 석유·가스 산출량이 감소하거나 이미 폐광이 되어버린 유전과 가스전에 액화 CO₂를 주입, 그 생산량을 끌어 올리는 EOR(enhanced oil recovery) 또는 EGR(enhanced gas recovery) 방식으로 진행되고 있다. 이들 사업 대부분을 세계 유수의 메이저 정유사들이 선도하고 있다. 전 세계 가스전과 유전의 70%가 이미 생산량 감소 단계에 진입했기 때문에 정유사 입장에서의 EOR, EGR 사업은 그 생산량을 20%∼70%까지 높일 수 있는 ‘지속가능한 경영’의 핵심 사업이다.

때문에 누구건 안정된 대량의 CO₂ 물량을 그들에게 제공한다면 이들이 마다할 이유가 없다. IEA(국제에너지기구)는 CCS를 통한 CO₂ 매장량이 2030년 15억 톤, 2050년 72억 톤에 이를 것으로 추정하고 있다. 관련 자료에 따르면 지구상 CO₂를 묻을 세계 저장소 규모는 앞으로 인류가 실제 묻을 CO₂량의 4배나 크다.

지질학적으로 한국은 저장소가 아주 부족한 나라임을 빨리 인정하고 이제부터라도 안정적인 대량의 수소 생산을 위해 신속히 해외 CO₂ 지중저장소 확보에 국가적 총력을 기울여야 한다.

국내에서 ‘석탄발전소의 수소발전융복합클러스터 전환’이라는 거대한 프로젝트를 수행할 만큼 경제적, 기술적 사업타탕성이 있나?

수소를 대량 생산하는 가스화기술은 역사가 100년이 더 된 숙성된 기술이다. 많은 국내외 화학공정이 이 기술을 이용하고 있고, 한국가스공사와 SK E&S의 LNG 수소개질 플랜트나 서부발전의 태안IGCC 플랜트도 모두 가스화 기술을 이용하고 있다. 수소와 포집된 CO₂의 액화 기술도 국내 기업들이 이미 선진 기술업체와 손잡고 플랜트 건설에 착수하거나 일부 생산하고 있는 상황이다.

포집된 CO₂를 오일전과 가스전에 투입하는 EOR, EGR 기술은 50년 전부터 정유사들이 상업화한 기술이다. 수소터빈도 세계 표준인 500MW급 기준 50%까지 이미 수소혼소에 성공했고, 한국도 2027년까지 100% 수소혼소를 목표로 기술개발에 박차를 가하고 있는 중이다.

또 액화수소나 액화탄소 운반선은 세계 도처에서 이미 건조·운행 중이다. 기존 도시가스망을 이용한 수소이송은 전 세계 22개 프로젝트가 실증 중이고, 이미 12%까지 수소혼소가 상업 운용 중이다. 20% 혼소도 영국, 독일 등 일부 국가에서는 이미 실증에 성공했다. 한국도 2026년까지 20% 수소혼입 제도화를 목표로 실증을 추진하고 있다.

클러스터 주변 산단 등으로부터 포집된 CO₂의 파이프라인 운송과 액화도 가능하다. 2022년 말 기준 전 세계 33개 프로젝트가 연 평균 1,000만 톤의 CO₂를 포집, 평균 300km 거리의 배관망을 통해 한 곳에 모아 액화 후 지중저장을 하고 있다.

아울러 이미 전 세계 많은 가스화플랜트들이 페트콕(Pet-Coke)이나 하수슬러지, 바이오메스 같은 준폐기물을 주원료로 오래 전부터 사용하고 있고, 국내에서도 매년 이들 준폐기물이 각각 수백만 톤씩 발생되고 있다.

때문에 미국처럼 정부의 CCS보조금(85달러/톤CO₂)이나 사업개시 최초 5년 100% 법인세 감면 같은 혜택을 미반영 해도 높은 수익 실현이 가능해 국내 수소 목표판매가를 kg당 3,000원~5,000원으로 설정해도 전혀 무리가 없다고 판단한다.

지질학적으로 한국과 일본 같은 나라는 CO₂ 지중 저장소가 절대 부족하지만 눈을 해외로 돌리면 외교적, 사업적 협력을 통해 해외 지중저장소를 확보하는 것은 큰 문제가 아니라고 생각한다.

석탄발전소의 오랜 기간 검증된 부지, 오늘날 돈으로도 건설이 매우 어려운 기존 송전선로의 활용, 기존 넓은 부지 내 발전소 증설, 기존 도로 이용처럼 각종 인프라를 그대로 활용할 수 있는 것은 사업타당성을 크게 높여준다.

국내는 송전문제가 매우 심각하다. 이번 사업이 송전문제를 크게 개선할 수 있다고 하는데, 왜 그런지 설명해달라.

송전선과 변전소 같은 송전설비 건설은 설계부터 준공까지 최소 5~6년이 걸린다. 환경문제와 민원으로 인해 과거 밀양송전선의 경우 60km 송전철탑 건설에 9년이 걸렸다.

문제는 과거에 한전이 송전선 용량을 미래 수요를 고려해 여유있게 건설하면 과잉투자로 감사 지적을 받기 때문에 항상 타이트하게 건설했다는 것이다. 그러다 보니 이미 한전 송전선은 거의 포화상태에 이르렀고, 신규건설은 매우 어려운 상황이다.

이렇다보니 폭발적인 신재생에너지 송전 신청과 AI시대 계속 늘어나고 있는 신규 데이터센터의 대규모 전력공급 요청을 수용하는데 한계가 많고, 현 정부가 야심차게 수십 개의 대규모 산업특구를 지정해 놓았음에도 언제 전력이 적기에 공급될지 매우 회의적인 상황이다.

그래서 한전은 그나마 여유가 있는 서남부 지방에서 생산된 전력을 초고압직류송전(HVDC)선을 서해안 해저에 깔아 수도권 인접 해안까지 끌고 와서 수도권에 공급하겠다는 방안을 고려하고 있다. 그러나 송전선 건설주체인 한전이 200조 원의 부채 문제로 허덕이는 상황에서 어마어마한 신규 투자를 진행하기는 매우 어렵다. 경제성은 고사하고 해저 HVDC로 송전선을 수도권 가까이에 끌고 왔다고 하더라도 거기서부터 어떻게 고압송전선로를 육상 수요처까지 끌고 갈지는 답이 안 나오고 있다.

SK하이닉스가 용인에 대규모 신규 반도체플랜트 건설계획을 발표한지 꽤 되었음에도 종종 전력공급 문제가 언론보도로 나오는 게 이런 이유 때문이다. 이대로는 정부가 지난해 초 지정한 10여개 산업특구의 반 이상이 적기 전력공급을 받을 수 있을지 장담하기 어려운 상황이다.

그러나 수소발전융복합클러스터에서 대량으로 생산한 수소를 탱크로리 등 육상 교통수단이나 전국의 기존 가스배관망을 통해 전국 각 수요처로 이송하고, 수요처 내 부지에 청정 수소연료전지발전소와 소규모 수소가스발전소를 건설해 직접 전기를 생산하는 데 활용한다면 송전선 없이도 자체 전력공급이 가능하다. 이는 청정발전이라 주변 민원도 발생할 이유가 없고, 남는 전력은 인근 데이터센터 등 수요처에 공급해 지역 전력수요 증가에도 대응할 수 있다.

이미 산업부가 기존 가스망에 수소 20% 혼입을 추진 중이므로 향후 수소배관망은 송전선 같은 역할을 충분히 수행할 수 있다.

이번 사업에는 국내 기업들이 대규모로 참여해야 할 것으로 보인다. 국내 기업들의 기술력과 사업추진 수준은 어느 단계까지 와 있고, 사업 성공의 관건은 무엇이라고 생각하나.

국내는 사업 추진과 관련해 거의 대부분의 기술분야에서 이미 세계적 수준의 경쟁력을 갖추고 있다. 세계 1등 수준의 건설시공, 석유화학, 플랜트 제작, 조선, 발전소 건설·유지보수, IT통신, 로봇과 많은 우수 인력 및 강소 중소기업을 보유하고 있다.

그런데 진짜 필요한 기술이 있다. 바로 융복합 기술이다. 애플 아이폰이 세상에 처음 출시되었을 때 전화, TV, 인터넷, 전자상거래, 사진기, 컴퓨터, 녹음기, 앱스토어의 각종 앱들, 게임 등은 이미 남들이 개발한 상품과 기술이었다. 아이폰은 이렇게 각자 따로 있는 독립된 기술들을 하나의 기판 위에서 유기적으로 상호 작용하도록 만든 것이다.

마찬가지로 수소발전융복합클러스터 사업의 핵심기술도 아이폰처럼 각양각색의 다양한 기술, 인력, 시공, 제작, 운영, 관리, 공정, 계약, 로드맵 등 수많은 다양한 기존 툴과 자원을 바탕으로 이 사업이 제시한 목표가 달성될 때까지 조정하고 리딩하는 종합조정 능력이라고 생각한다.

1개 발전소 건설의 경우에도 수십 명의 PM과 수십 개의 하청업체를 수년간 관리해야 한다. 심지어 전국에 산재한 58개 석탄발전소와 앞으로 폐기될 각종 가스발전소 그리고 신규 건설될 화력발전소 등을 대상으로 수십 개 프로젝트의 각종 재원과 로드맵을 복합 관리하고 보다 다양해진 융복합 기술들을 최적 구성하며 관련 정책과 제도, 법규, 시장을 분석하면서 변화무쌍한 환경 속에서 사업 중심을 잡고 나가는 것은 결국 스티어링커미티(steering committee, 종합 통제조정위원회)이므로 이의 구성과 경쟁력이 이번 사업의 성공을 좌우하는 핵심 요소라고 생각한다.

장기간에 걸쳐 지속적으로 스티어링커미티에서 사업계획과 로드맵을 수립해 롤링하고, 전체 사업진행을 리딩하고, 통제와 모니터링도 할 수 있는 역량 있는 인력을 위원으로 합류시키고 이들에게 충분한 권한을 이양해 주는 것이 중요하다. 국가정책이기 때문에 공무원이 항상 주도해야 한다는 생각은 버려야 한다. 전문가도 아니고 2년 안에 보직이 100% 바뀌는 공무원 특성상 일단 정책이 수립된 이후에는 민간 전문가 위원을 지원하고 협력하는데 공무원 역할의 중심을 두어야 한다.

향후 국가사업으로 추진 시 어떻게 진행하는 게 좋다고 생각하나.

먼저 국가 최상위 계획인 ‘제1차 탄소중립녹색성장기본계획’의 대대적인 롤링이 필요하다. 이를 바탕으로 ‘수소경제이행기본계획’과 ‘전력수급기본계획’ 등 하위 국가계획들이 상응한 조정을 해주어야 한다.

정부는 석탄발전소폐지주변지역 특별법 제정 및 산업특구 지정, 수소발전융복합클러스터 사업에 대한 각종 지원과 규정 등 사업환경 조성과 제도적 정비를 신속히 추진해야 한다. 또 전체 프로젝트를 진두지휘할 스티어링커미티를 이번 사업 관련 실전 경험이 풍부한 민관 전문가 위주로 구성해야 한다.

사업 진행 순서는 1차적으로 약 1,000만 톤의 블루수소 생산을 목표로 2036년까지 폐지될 석탄발전소 28기와 향후 대규모 전력수요가 예상되지만 자체 전원계획이 없는 새만금단지와 수소 수요가 매우 높은 여수석유화학단지 인근 여수화력과 호남화력 발전소를 대상으로 수소발전융복합클러스터로 순차적으로 전환하는 것이다.

2050년까지 추가 폐지될 나머지 30기의 석탄발전소도 수소발전융복합클러스터로 전환하면 약 1,000만 톤의 수소를 국내에서 추가 확보하게 된다. 이렇게 순차적으로 진행하면 화력발전 분야에서만 총 2,000만 톤의 블루수소를 생산하게 된다.  

사업추진 효율성과 글로벌 홍보효과를 높이기 위해서는 1차 폐지대상 발전소 중 가장 많은 14개가 소재한 충청남도를 국가대표 시그니처 프로젝트 대상지로 지정하고 최우선적으로 집중 개발해야 한다. 그리고 나머지 프로젝트들은 약간의 시차를 두고 충남 프로젝트를 벤치마킹하면서 추진하면 좋을 것 같다.

한편 정부는 외교력을 동원하고 국내 정유사들과 협력해 해외 CO₂ 지중저장소를 조기 확보하는데 노력해야 한다. 지난해 8월 윤 대통령이 UN 총회에서 무탄소에너지(CFE)를 제안했고, 그해 10월 국내에 무탄소에너지연합(CFA)을 설립했다. CFA는 CO₂ 저장 인증표준 설계뿐만 아니라 추가적으로 전 세계 CO₂ 매장지와 매장 희망국 간의 매칭업무를 CFA의 주 기능 중 하나로 만들어 한국이 향후 매장지 확보에 유리한 위치를 선점하도록 해주어야 한다.

사업 추진을 통해 한국이 어떤 기대효과를 얻을 수 있나.

이번 사업을 착수하게 되면 그 동안 규모와 융복합 내용면에서 한국보다 상대적으로 빈약하지만 수소 클러스터 비즈니스를 선도해 왔던 영국, 일본 등을 단 숨에 따돌리고 대한민국이 수소생산 관련 전 과정을 직접 설계·건설·운영할 수 있는 수소산업의 글로벌 리더가 될 것이다.

국내 석탄발전소 수소발전융복합클러스터 비즈모델은 그 자체만으로도 1,000조 원에 육박하는 사우디의 ‘네옴시티’ 같은 스마트시티는 물론 그 보다 더 큰 청정·첨단 ‘스마트프로빈스’ 프로젝트를 수주(수출)할 수 있는 유일한 국가로 인식될 것이다.

또 국내 온실가스감축목표(NDC) 달성을 용이하게 만들고 저렴한 대량의 청정수소 공급으로 국내 산업의 탄소감축 부담을 획기적으로 낮추어 국제 가격경쟁력을 크게 높일 수 있다.

장기간 해결이 어려운 송전문제를 해결해 국가 산업발전 계획의 차질 없는 실행을 가능케 하고, 전국에 산재한 폐지발전소 주변지역은 국내외 산학연 기관과 투자, 양질의 인력이 몰려 세계가 주목하는 첨단·청정 ‘수소메카 시티’로 변모할 것이다.

앞으로는 전 세계에 수출되는 모든 플랜트가 환경문제(청정연료 사용, 탄소 포집·운송·저장) 같은 솔루션을 함께 제공하지 못하면 사업 수주가 힘든 시대가 도래했다. 이러한 시대에 석탄발전소 수소발전융복합클러스터 전환 사업에 참여한 국내 기업들은 독자적으로 때론 ‘Korea H₂ One Team Fleet’의 멤버로 해외시장 곳곳을 누빌 수 있는 높은 수주 경쟁력을 갖추게 될 것이다.