[월간수소경제 박상우 기자] 정부는 지난해 11월에 발표한 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’에 수소배관망 구축 계획을 반영했다.
먼저 수소생산지역은 이와 연계된 배관 최적 거래를 도출한 후 2030년까지 수소생산지역별 수요 특성에 맞춰 배관망을 구축한다. 수소도입지역은 항만도시, 발전단지 등 해외 암모니아 및 수소도입거점지역을 중심으로 인근 산업단지 등의 수요지와 연계한다. 또 기존에 구축되어 있는 천연가스 배관의 수소혼입실증 등을 통해 수소공급을 확대할 계획이다.
또 동남권은 창원·부산·울산에 계획 중인 수소공급기지를 기반으로 동남권 수소산업벨트를 구축하기 위한 배관망을 구축한다. 서부권은 인천·군산에 계획 중인 수소공급기지를 인근 대규모 수요처인 LNG발전단지, 산업단지 등과 2023년 구축 예정인 광주 수소공급기지를 주로 수송용 수요를 고려해 버스·트럭 등 대규모 충전소 거점과 각각 배관망을 연결한다.
또 기존에 구축되어 있는 천연가스 배관의 수소혼입 실증 등을 통해 수소공급을 확대할 계획이다. 2030년 이후부터는 수소전용배관과의 연계를 추진, 향후 수소망과 전력망의 연계·활용을 위해 전력망 계획 수립 시 수소망을 포함하는 방안도 검토할 예정이다.
이는 우리나라뿐만 아니라 수소경제를 지향하는 다른 국가에도 중요한 과제다. 특히 유럽은 탄소중립과 에너지 안보 강화를 위해 화석연료를 대체할 수 있는 수소를 안정적으로 생산·공급할 수 있는 인프라를 구축하는 데 힘쓰고 있다.
대표적인 것이 바로 범유럽 수소배관망 구축사업인 ‘유럽 하이드로젠 백본(European Hydrogen Backbone, EHB)’이다.
유럽 수소경제 뼈대가 될 EHB
백본(Backbone)은 사전적인 의미로 척추, 뼈대를 뜻한다. IT분야에서는 여러 소형 네트워크들을 묶어 대규모 파이프라인을 통해 극도로 높은 대역폭으로 다른 네트워크들의 집합과 연결되는 네트워크를 가리킬 때 사용한다.
EHB는 유럽 전역에 깔린 기존 천연가스(LNG) 배관망과 수입터미널의 용도를 변경하고 신규 수소배관을 설치·연결해 유럽 수소경제의 중추가 될 수소배관망을 구축하는 사업이다.
이 사업은 독일, 프랑스, 이탈리아, 스페인 등 유럽 10개국에서 가스운송시스템을 운영하는 11개 TSO와 3개의 바이오가스산업협회가 지난 2017년에 만든 ‘Gas For Climate’에서 처음 제안됐다.
이들은 EU가 2050년 탄소중립을 실현하기 위해 화석연료 사용량을 줄이고 재생에너지를 중심으로 청정에너지를 확대함으로써 가스배관망 활용성이 점차 줄어들 것으로 보고 가스배관망을 활용할 수 있는 이 사업을 구상한 것이다.
EU 집행위원회는 지난 2019년 12월 유럽 그린딜(the European Green Deal)을 발표했다.
그린딜은 2050년까지 탄소중립을 달성하기 위한 정책 패키지이자 성장전략으로, 환경을 보호하고 자원을 효율적으로 이용하는 지속가능한 미래를 이뤄나가는 동시에 경제적으로도 역내 경쟁력을 강화하고 더욱 풍요로운 경제구조를 만들겠다는 것이다.
이를 위해서는 에너지 분야의 탈탄소화가 필수적인 만큼 석탄에서 탈피하고 가스의 탈탄소화를 이루는 동시에 재생에너지를 중심으로 청정에너지를 확대해 나갈 방침이다.
또 스마트그리드, 수소 네트워크, 탄소포집·활용·저장(CCUS), 에너지저장 등의 에너지 기술과 EU의 디지털 전환(Digitalization)이 결합된 스마트인프라를 구축해 에너지 기반 시설을 개선할 예정이다.
그 일환으로 EU는 지난해 6월 에너지 인프라 구축 가이드라인인 ‘범유럽 에너지 네트워크 규정’(TEN-E)을 개정했다. TEN-E은 에너지 부문에서 국경을 넘어 연계되는 범유럽 네트워크 구축을 위한 계획에 적용되는 규칙이다.
이 개정으로 EU 공적자금 중 상당 부분이 스마트그리드와 수소를 포함한 저탄소 가스 및 재생에너지 개발에 집중되어야 하며 화석연료와 관련된 사업은 공적 투자를 받을 수 없다. 다만 청정수소 이용 활성화를 위해 2029년 말까지 천연가스 개질수소와 관련된 프로젝트에 투자할 수 있는 예외 조항을 뒀다.
여기에 EU는 지난 2020년 7월 ‘기후중립 유럽을 위한 수소전략’을 통해 현재 에너지공급원구성(Energy Mix)의 2%를 차지하고 있는 수소의 비중을 2050년까지 23% 이상으로 늘릴 계획이라고 발표했다.
이를 위해 EU는 2024년까지 최소 6GW 규모의 수전해시스템을 구축해 최대 100만 톤의 수소를 공급하고 2025년부터 2030년까지는 수소에너지를 에너지시스템의 중요 부분으로 결합해 최소 40GW 규모의 수전해시스템을 구축, 최대 1만 톤의 수소를 공급할 예정이다.
EU는 수소를 안정적으로 공급하기 위해 소금동굴, 암반동굴, 폐가스전 등을 수소저장시설로 활용하고 배관망과 트럭, 선박 등 모빌리티를 운송·배분에 활용한다는 계획이다.
특히 배관망의 경우 저열량 가스의 단계적 폐기로 2030년 이후 천연가스에 대한 수요가 감소함에 따라 기존 범유럽 가스 인프라 요소들을 범유럽 수소 인프라를 구축하는 데 사용할 예정이다.
31개국이 참여하는 대규모 수소배관망 구축사업
EU의 이러한 전략에 Gas For Climate는 2040년 EU의 천연가스 소비량이 2020년의 절반 수준으로 하락할 것으로 전망되자 기존 천연가스 인프라를 활용해 수소배관망을 구축하는 EHB를 기획, 2020년 7월 첫 보고서를 발간했다.
이 보고서에서 Gas For Climate는 기존 천연가스 인프라를 통해 바이오메탄, 그린수소 등을 운송, 저장, 분배한다면 적은 비용으로 최대 이익을 낼 수 있고, 지름 36인치 또는 48인치 배관으로 수소를 운반하면 주요 문제인 접근성을 해결해 수소 소비가 빠르게 확산할 것으로 전망했다.
이후 EHB에 참여하는 업체가 늘어나기 시작했다. 첫 보고서가 발간된 2020년 7월 10개국 11개 업체였던 참여업체 수는 새 보고서가 발간된 지난해 4월 21개국 23개 업체로 확대됐다.
이로 인해 목표도 대폭 수정됐다. 당초 독일, 스페인, 이탈리아, 스위스, 덴마크 등 서유럽을 중심으로 2030년 6,800km, 2040년 2만3,000km였으나 영국, 그리스, 핀란드, 에스토니아 등이 참여하면서 2030년 1만1,600km, 2040년 3만9,700km로 증가했다.
이런 가운데 EU 집행위원회가 지난 3월 러시아산 화석연료 의존도 감소를 통한 에너지 안보 향상과 친환경 에너지 전환 속도를 높이기 위한 행동계획인 ‘REPowerEU’를 발표했다.
REPowerEU는 현재 40%에 달하는 러시아산 천연가스 의존도를 올해 말까지 3분의 2 수준으로 줄이고 늦어도 2030년에는 완전히 독립하겠다는 전략이다. 또 석유, 석탄 등 기타 러시아산 화석연료 비중을 2030년까지 큰 폭으로 줄이는 것이 주요 목표다.
이를 위해 수소의 경우 2030년까지 EU 역내 1,000만 톤의 수소생산 역량과 추가 1,000만 톤의 수소 수입원을 확보하고 운송 섹터 등 탈탄소화가 어려운 산업 섹터의 친환경 전환을 지원한다. 이에 집행위는 친환경 수소의 정의 및 생산과 관련한 2개의 이행입법을 도입하고 2억 유로를 추가로 투입해 수소 프로젝트를 지원할 계획이다.
산업계의 친환경 수소 보급 확대를 위해 탄소차액계약제도(CCfD)를 도입하고, EU ETS 수익을 REPowerEU 계획 추진을 위한 자금지원에 활용한다. 또 ‘EU 태양산업연합(EU Solar Industry Alliance)’을 발족해 태양 및 수소에너지와 관련한 산업경쟁력을 강화하고 관련 분야 전문 기술인력 양성을 지원하기로 했다.
이에 포르투갈, 크로아티아, 노르웨이, 스위스 등이 추가로 참여했다. 그 결과 현재 EHB 참여업체수는 28개국 31개 업체이며 목표는 2030년 2만8,000km, 2040년 5만3,000km다. 또 투입비용은 800억~1,430억 유로(약 108조~194조 원)일 것으로 예상된다.
이들은 지난 6월 벨기에 브뤼셀에서 ‘제1회 유럽 수소 백본 데이(European Hydrogen Backbone Day)’를 열고 이해관계자 및 정책입안자들과 유럽 수소 인프라의 미래에 대해 논의하고 2030년까지 수소배관망을 구축하겠다는 서약서를 제출했다.
그러면서 수소배관망 개발을 보장하기 위해서는 △새로운 용도의 수소 인프라 개발 촉진 △신속한 수소 인프라 구축을 위한 자금 조달 △계획, 허가 절차의 간소화 및 단축 △EHB가 아닌 수출국과의 에너지 파트너십 강화 △통합 에너지시스템 계획 촉진 등 5개 조치가 빠르게 진행되어야 한다고 EU 집행위원회에 요구했다.
5개 구역 나눠 개발 후 연결
EHB는 5개 구역으로 나눠 진행된다. 이는 지역마다 수소 공급-수요 균형에 상당한 차이가 있기 때문이다.
예를 들어 북해와 맞닿은 영국, 노르웨이, 덴마크 등은 풍부한 신재생에너지와 토지 가용성 등을 기반으로 수소공급능력을 크게 확대할 수 있다. EHB는 이 지역 수소공급량이 2030년 135TWh, 2040년 502TWh로 확대될 것으로 전망했다. 이에 비해 수요량은 2030년 65TWh, 2040년 257TWh로 절반 수준에 그칠 것으로 보인다.
반면 독일, 폴란드, 오스트리아 등 중부유럽의 공급량은 북해와 맞닿은 국가들의 절반 수준인 2030년 82TWh, 2040년 287TWh이나 수요량은 2030년 197TWh, 2040년 727TWh로 예상됨에 따라 다른 지역에서 수소를 수입해야 한다.
EHB는 이에 5개 구역으로 나눠 2030년까지 구역 내 국가들끼리 연결한 후 2040년까지 각 구역을 연결하는 동시에 튀니지, 알제리 등 수소 수출국과 연결해 공급과 수요망을 더 빠르게 개발할 수 있게 지원할 예정이다.
A구역은 튀니지와 알제리에서 수입되는 수소와 이탈리아에서 생산되는 그린수소를 크로아티아, 슬로베니아, 헝가리, 체코, 오스트리아, 슬로바키아, 독일에 공급하는 배관망을 구축한다. 이탈리아는 2030년까지 수전해 설비용량을 5GW까지 확대할 계획이다.
총길이는 1만1,000km이며 이 중 60%를 기존 천연가스 배관의 용도를 바꿔 개발하고 40%는 신규로 설치할 예정이다. 예상 수소공급량은 2030년 100TWh, 2040년 340TWh이며 이 중 70%가 수입된다. 또 그린수소 비율은 2040년 90%에 달할 것으로 전망된다.
이를 통해 A구역의 수소공급가격은 2030년 1kg당 2.4유로, 2040년 1kg당 1.4유로에 책정될 것으로 보인다.
B구역은 이베리아반도에서 생산된 수소와 모로코에서 수입되는 수소를 포르투갈, 스페인, 프랑스, 벨기에, 룩셈부르크, 독일에 공급하는 배관망을 구축한다. 포르투갈은 수전해 설비용량을 2030년까지 2GW, 스페인은 4GW까지 확대할 계획이다.
총길이는 1만km이며 60%는 기존 천연가스 배관을 활용한다. 예상 수소공급량은 2030년 160TWh, 2040년 570TWh이며 이 중 65%가 그린수소다. 이를 통해 공급가격은 2030년 1kg당 2.1유로, 2040년 1kg당 1.5유로에 책정될 것으로 보인다.
C구역은 북해에서 생산되는 수소와 북해와 맞닿은 항구로 수입되는 수소를 공급하는 배관망을 구축한다. 이 배관망은 노르웨이, 아일랜드, 네덜란드, 덴마크, 영국, 룩셈부르크, 벨기에, 프랑스, 독일을 연결한다.
영국은 2030년까지 저탄소수소 생산능력을 10GW로 확대하고 네덜란드는 같은 기간 수전해 설비용량을 최대 4GW까지 확대할 계획이다. 또 벨기에는 2026년까지 수전해 설비용량을 150MW 확보한다는 목표를 설정했다.
총길이는 1만2,000km이며 70%는 기존 천연가스 배관을 활용한다. 예상 공급량은 2030년 최대 250TWh, 2040년 850TWh이며 2030년까지 공급량의 40%를 북해산 블루수소로 채우며 점차 그린수소 비율을 확대한다. 이를 통해 공급가격은 2030년 1kg당 2.2유로, 2040년 1kg당 1.8유로에 책정될 것으로 보인다.
D구역은 북유럽과 발트해에서 해상풍력 등 신재생에너지를 통해 생산된 수소를 중부유럽으로 공급한다. 이 배관망은 핀란드, 스웨덴, 에스토니아, 리투아니아, 라트비아, 덴마크, 폴란드, 독일, 체코를 연결한다. 스웨덴은 수전해 설비용량을 2030년 5GW, 2045년 15GW까지 확대할 계획이다.
총길이는 1만3,500km이며 55%가 신규로 설치된다. 예상 공급량은 2030년 최대 185TWh, 2040년 500TWh이며 70%가 그린수소다. 이를 통해 공급가격은 2030년 1kg당 2.5유로, 2040년 1kg당 2.0유로에 책정될 것으로 보인다.
E구역은 동유럽에서 생산된 수소를 중앙유럽으로 공급하는 배관망을 구축한다. 그리스, 슬로베니아, 오스트리아, 불가리아, 크로아티아, 독일, 루마니아, 슬로바키아, 폴란드, 헝가리, 체코를 연결한다.
총길이는 1만km이며 60%는 기존 천연가스 배관을 활용한다. 예상 공급량은 2030년 최대 50TWh, 2040년 350TWh이며 약 85%가 그린수소다. 이를 통해 공급가격은 2030년 1kg당 2.5유로, 2040년 1kg당 1.8유로에 책정될 것으로 보인다.
각 구역의 배관망은 국가를 연결할 뿐만 아니라 수소저장시설로 활용될 곳과 수소수입터미널로 전환될 가스수입터미널을 연결한다. 수소저장시설로 활용될 곳은 소금동굴, 암반동굴, 폐가스전 등이다.
먼저 소금동굴은 돔 모양으로 튀어나온 암염층으로 다른 공간보다 저장 비용이 최대 90% 이상 저렴하고 지하에 조성돼 사고가 일어나도 안전하다. 또 소금의 화학적 특성 덕에 누출, 훼손 위험도가 낮으며 동굴이라는 지리적 장점을 활용해 많은 양의 수소를 한 곳에 저장할 수 있다.
예를 들어 미국의 셰브런 필립스 클레멘스 터미널(CPCT)은 1980년대부터 소금동굴을 수소 저장용으로 활용하고 있다. 텍사스에 있는 CPCT의 소금동굴은 지하 850m 지점에 있으며 지름이 49m, 높이가 100m에 달한다. 이곳에 저장할 수 있는 수소량은 약 2,520톤으로 평택수소생산기지의 연간 생산량인 2,500톤과 맞먹는다.
이 때문에 EHB는 소금동굴을 수소저장시설로 활용할 계획이다. 유럽국가 중 소금동굴이 있는 곳은 독일, 프랑스, 영국, 네덜란드, 덴마크, 폴란드, 포르투갈이며 이 중 가장 많이 보유한 곳은 독일로 총 14개다.
소금동굴과 함께 암석동굴도 대규모 수소저장시설로 활용될 것으로 보인다. 암석동굴은 스웨덴과 체코에 각각 1개씩 있다.
‘HYBRIT 이니셔티브’를 진행 중인 SSAB(철광회사), LKAB(광산회사), 바텐폴(Vattenfall, 에너지 회사)은 지난 6월 스웨덴 북부 룰레오(Luleå)에 있는 지하 30m에 100㎥ 규모의 암석동굴을 수소저장시설로 세계 최초로 개장했다.
이미 스웨덴 남부에서는 LRC(Lined Rock Cavern) 기술을 적용해 20년간 천연가스를 안전하게 저장해왔지만, 수소는 분자의 크기가 작아 저장시설이 압력 변화에 대응하고 용량 변화에도 잘 유지가 되는지를 확인하는 테스트가 꼭 필요하다.
암석동굴 저장시설은 향후 12만㎥로 확장될 수 있으며, 최대 100GWh의 전기로 변환된 수소를 저장할 수 있는 용량을 갖추게 된다. 이 수소는 ‘스펀지철’로도 불리는 해면철 생산공정에 활용된다. 2024년까지 2년간 시험에 들어간다.
아울러 이탈리아 북부와 오스트리아 북부에 주로 분포돼 있는 폐가스전과 프랑스, 스페인, 덴마크에 있는 지하수층을 수소저장시설로 활용하기 위한 연구개발이 진행되고 있다.
EHB는 이같이 5개 구역의 개발을 2030년까지 마무리하고 2040년까지 각 구역을 연결한다. 총길이는 5만3,000km이며 60%는 기존 천연가스 배관을 활용한다. 이를 통해 2040년 유럽 연간수요량인 1,640TWh를 충족할 것으로 예상된다.
여기에 육상 배관망의 수소운송비용은 1,000km당 약 0.11~0.21유로/kg, 해저 배관망은 0.17~0.32유로/kg이 될 것으로 EHB는 전망한다.
늘어나는 수요, 안정적 배관망으로 대응해야
화물연대는 ‘안전운임제’ 지속·확대를 요구하며 지난 6월 7일부터 14일까지 총 8일간 총파업을 벌였다.
그 여파로 수소충전소 일부가 운영을 중단했다. 산업통상자원부가 운영하는 수소유통정보시스템인 하잉이 6월 13일 오전 11시에 공개한 데이터에 따르면 전국 수소충전소 110곳 중 32곳이 문을 닫았다.
이는 충전소에 수소를 공급하는 튜브트레일러가 화물연대 총파업으로 멈췄기 때문이다. 대부분 수소충전소는 튜브트레일러를 통해 수소를 공급받기 때문에 튜브트레일러 운송이 멈추거나 비축해둔 수소가 소진되면 운영할 수 없다.
이런 가운데 정부는 연간 수소공급량을 2030년 390만 톤, 2050년 2,790만 톤까지 확대하기로 했다. 이를 위해선 이번 사태와 같은 일이 벌어져도 생산된 수소를 수요처까지 안정적으로 공급할 수 있는 배관망을 구축하는 것이 중요하다.
