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정유·화학사 수소사업 본격화 ① 정유社, 수소사업으로 위기 극복한다

정유산업, 내연기관 연료 시장 축소로 ‘울상’
탄소 다 배출 업종 4위, 탄소중립 ‘발등의 불’
정유사, 수소 생산・연료전지 등 수소사업 본격화
코하이젠에 참여해 상용차 수소충전소 구축

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[월간수소경제 이종수 기자] 세계 5위 정제능력을 갖춘, 우리나라 제6위 수출산업인 국내 석유산업이 위기를 극복하기 위해 수소사업에 진출했다.  


그간 수소경제 시장 참여에 소극적이었던 정유사들이 일제히 수소사업에 나서게 된 것은 전 세계적으로 탄소중립과 수소경제가 급물살을 타고 있기 때문이다. 해외 주요국들은 내연기관차 판매금지까지 선언할 정도다. 


국내에서도 내연기관차 규제가 강화되고 있다. 전체 석유제품 내수시장에서 내연기관 연료(휘발유, 경유)가 절반 이상을 차지한다는 점을 감안하면 내연기관 연료 시장 축소에 따른 정유산업 위축이 불가피하다. 


정유업계는 지난해 코로나19로 인해 국내외 석유 수요가 감소하면서 국내 정유산업 태동 이후 최대의 영업손실(약 4조6,000억 원)을 기록하는 등 사업 환경이 갈수록 어려워지고 있다.  


이러한 대내외 도전에 적극 대처하지 않으면 생존을 위협받을 수 있는 게 정유사들이 처한 상황이다. 그래서 선택한 것이 수소사업이다.  


SK에너지 등 정유 4사는 공통적으로 수소 생산・유통사업에 뛰어들었고, 상용차 수소충전소 구축・운영 특수목적법인 ‘코하이젠’에 참여하고 있다. 일부 회사는 오는 2022년부터 수소발전의무화제도가 도입됨에 따라 향후 확대될 수소연료전지 발전시장에도 진출할 예정이다. 


정유사들의 수소사업 전략을 살펴봤다. 

 

“정유사가 수소시장 주도할 것” 

국내 정유산업 탄소배출은 연간 약 3,200만 톤(2019년)이다. 철강, 석유화학, 시멘트에 이어 4번째 다배출 업종으로 전체 산업 배출량의 약 6%를 차지한다. 


정유사들이 탄소중립 추진과정에서 심각한 어려움이 예상되는 만큼 기술혁신을 통한 산업의 고도화와 기존의 감축 수단 외에 추가 대안 마련이 필요하다는 지적이 제기되어 왔다. 


정유업계는 그간 정유공장과 산업단지 내의 열 통합을 통한 에너지 절감, 고(高) 탄소연료(벙커씨유)에서 저탄소 연료(LNG)로의 전환, 제조 공정상 배출되는 CO2의 포집 등을 통해 온실가스 배출 감축 노력을 해왔으나 향후 추가적인 탄소저감과 탄소중립 추진을 위해 블루수소 생산, CCU(이산화탄소 포집・활용) 기술개발 및 적용, 재생에너지 사용, 친환경 사업으로 다각화하는 노력이 필요하다는 데 공감하고 있다. 


정부는 올해 중으로 정유업종에 특화된 탄소중립 기술개발을 위한 로드맵을 마련해 업계의 탄소중립 추진을 지원할 예정이다.    


특히 정유사가 수소경제 시장에 진출함으로써 수소산업의 확장이 상당히 빨라질 것으로 전망된다. 


정유사들은 탈황 공정 등에 투입하기 위해 납사, 천연가스, LPG를 원료로 수소를 만드는 설비를 갖추고 있다. 이러한 노하우와 설비를 바탕으로 공통적으로 수소 생산부터 저장・운송・활용에 이르기까지 수소 전 과정에서 사업을 추진한다는 계획이다.  


김재경 에너지경제연구원 연구위원의 ‘수소경제 활성화 로드맵과 석유산업 대응방향’ 자료에 따르면 수소 활용부문의 성장에 따라 수소 수요 규모가 확대될 경우 국내 정유산업은 별도의 투자 없이도 현재의 수소 생산 및 공급역량을 활용해 수소 공급 및 판매 비즈니스에 뛰어들 수 있다.


2017년 기준 국내 수소 생산능력은 연간 192만 톤 정도로 추산되지만 그 대부분은 정유공장 내에 있다. 심지어 현재 정유공장 내에는 이러한 추산에 포함되지 않은 유휴 잠재 생산능력도 있다. 정유공장은 어떤 다른 수소 생산수단에 비해 가장 저렴한 단가로 수소를 대량 생산할 수 있는 잠재적 역량을 지닌 수소 생산공장이 될 수도 있다. 이러한 역량이 발휘될 경우 높은 가격 경쟁력을 바탕으로 수소시장 전체를 사실상 정유산업이 주도할 가능성도 배제할 수 없다.




또한 국내 정유산업은 수소 유통에 필요한 인프라를 이미 충분히 보유하고 있다. 전국 각지의 부지에 설치된 주유소라는 인프라를 확보하고 있고, 유통체계를 운영해본 경험도 풍부하다. 


김재경 에너지경제연구원 연구위원은 “국내 정유산업이 수소 공급 및 유통산업에 기존 주유소 유통망과 연계해 진출하면 다른 여타의 경쟁자보다 우위에 설 가능성이 높다”라며 “이러한 가능성으로 인해 최근 사우디 아람코 등 주요 메이저 석유기업들도 수소경제에 관심을 가지고 수소사업 진출을 추진하고 있다”고 밝혔다. 


정준환 에너지경제연구원 석유정책연구팀장은 지난 6월 ‘제2차 정유업종 탄소중립협의회’에서 “‘IEA 2050 탄소중립 로드맵’에 따르면 2050년 전체 에너지공급의 66%는(2020년 12%) 태양광, 풍력 등 재생에너지가 차지할 것이며, 화석연료 비중은 23% 수준(2020년 82%)으로 급감한다”라며 “정유기업도 화석연료 수요감소에 대비해 청정에너지에 대한 투자를 높이되 수소 생산, 바이오 연・원료, 해상풍력 등 정유기업이 경쟁력을 보유한 분야에 대한 투자가 필요하다”고 밝혔다. 


SK에너지

SK에너지는 산하에 있는 SK인천석유화학을 통해 부생수소 공급 사업을 추진할 예정이다. 


SK㈜는 지난해 12월 수소사업 진출 계획을 밝힌 바 있다.


에너지 관련 회사인 SK이노베이션, SK E&S 등 관계사 전문 인력 20여 명으로 구성된 수소사업 전담 조직인 ‘수소사업추진단’을 신설했다.   



SK는 1단계로 2023년부터 인천시의 ‘바이오・부생수소 생산 클러스터 구축 사업’과 연계해 부생수소 기반으로 세계 최대 규모인 액화수소 3만 톤을 공급하고, 2단계로 2025년부터 이산화탄소를 제거한 청정수소 25만 톤을 보령LNG터미널 인근 지역에서 추가로 생산함으로써 글로벌 1위의 친환경 수소 기업을 달성한다는 계획이다.


SK의 자회사인 SK E&S는 1단계 목표인 액화수소 3만 톤 생산체계 달성을 위해 약 5,000억 원을 투자해 액화수소 생산기지를 건설한다. 인천시 서구 원창동 일대 SK인천석유화학단지 내 약 1만3,000평의 부지를 매입해 2023년까지 수소액화플랜트를 완공한다는 방침이다.


이 설비가 완공되면 SK인천석유화학으로부터 공급받은 부생수소를 고순도로 정제하고 액체 형태로 가공한 뒤 수도권에 공급하게 된다. 


또한 SK에너지는 주유소 내 연료전지 구축사업을 추진한다. 


SK에너지는 주유소 유휴부지에 연료전지를 구축해 생산된 전기를 한전에 판매하거나 전기차에 충전하는 사업모델을 테스트하기 위해 산업통상자원부에 신청한 실증특례를 지난 5월 승인받은 바 있다. 


SK에너지는 향후 금천구에 위치한 박미주유소를 기점으로 전국 10개 지점의 주유소로 점차 테스트를 확대할 계획이다.


향후 전기차 급속충전기 확산에 따른 급격한 전력사용량 증가로 전력계통의 부담이 우려되는 상황이나 연료전지 등 분산전원 보급 활성화로 계통부담 완화와 안정적 전기공급 등이 가능해질 것으로 기대하고 있다.  


SK에너지는 이미 수소에너지네트워크와 협력해 평택시 팽성읍에 있는 SK에너지의 LPG충전소 부지 내에 수소충전소를 구축해 올해 1월부터 운영을 개시하면서 수소충전소 구축사업에도 진출했다.    


SK에너지는 ‘그린밸런스 2030’ 계획을 수립하고 SK주유소, LPG충전소, 내트럭하우스 등 유통 인프라를 활용해 친환경 에너지 생산·공급 사업을 추진하는 등 친환경 경영을 추진하고 있다. 


SK주유소와 내트럭하우스에 전기차 충전기를 설치하고 태양광 발전설비를 구축하는 사업을 추진해왔다. 수소충전소 사업까지 진출하면서 친환경 복합 에너지 스테이션의 밑그림을 완성하게 됐다.


SK에너지의 관계자는 “주유와 LPG 충전 등 기본 서비스에 더해 태양광 전기 생산, 전기차 충전과 수소차 충전도 가능한 친환경 복합 에너지 스테이션으로의 진화가 미래 유통 인프라 모델의 한 축이 될 것”이라고 밝혔다.  


GS칼텍스

GS칼텍스는 한국가스공사와 손잡고 액화수소 생산・공급 사업에 나서며 수소시장에 본격적으로 진출한다.


GS칼텍스와 한국가스공사는 지난 5월 ‘액화수소 생산・공급 사업의 성공적 런칭 및 전략적 제휴를 위한 업무협약(MOU)’을 체결했다.


양사는 한국가스공사의 LNG 인수기지 내 유휴부지에 오는 2024년 완공을 목표로 연산 1만톤 규모의 액화수소 플랜트를 구축해 수도권과 중부권에 공급할 계획이다. 세계 최초로 LNG 인수기지의 기화 공정에서 발생되어 버려지던 LNG 냉열을 에너지로 함께 사용해 액체수소를 생산함으로써 친환경적이면서 비용도 절감할 수 있는 장점이 있다.


또한 양사는 액화수소 플랜트 완공 시점에 맞춰 수도권과 중부권에 수십 곳의 액체수소 충전소를 구축할 계획이다.


이와 함께 수소 추출설비 구축과 CCU(탄소 포집・활용) 기술 실증 및 상용화 사업도 검토해 나가기로 했다. 




GS칼텍스는 이미 수소충전소 사업에 진출했다. 지난해 5월 현대자동차와 함께 서울 강동구 소재의 주유소・LPG충전소 부지에 수소충전소를 준공하고, 휘발유・경유・LPG・전기뿐만 아니라 수소까지 모두 공급 가능한 융복합 에너지 스테이션을 운영하고 있다.


아울러 GS칼텍스는 정부의 ‘2021년 수소충전소 설치 민간자본보조사업’ 공모에 선정되어 건설 비용의 70%를 지원받아 2022년 완공을 목표로 상용 수소충전소 구축도 추진하고 있다. 현대자동차와 함께 제주에, 코하이젠과 함께 전남 여수와 경기도 광주에 수소충전소를 각각  구축할 계획이다.


GS칼텍스는 한국동서발전, 여수시와 손잡고 수소연료전지 발전사업에도 나선다. 




GS칼텍스는 지난 6월 17일 여수시청에서 한국동서발전, 여수시와 ‘수소경제 활성화 및 탄소중립을 위한 투자협약’을 체결했다. 


이번 협약을 통해 GS칼텍스는 한국동서발전과 함께 수소연료전지 발전소를 구축할 예정이다.  


GS칼텍스는 한국동서발전과 함께 1,000억 원을 투자해 여수시 소재의 한국동서발전 호남화력발전소 내 유휴부지에 오는 2023년 완공을 목표로 15MW 규모의 수소연료전지 발전소를 짓기로 했다. GS칼텍스 여수공장에서 생산되는 부생수소를 파이프라인으로 공급받아 전기를 생산하게 된다. 


양사는 CCU 기술 실증 및 상용화 사업도 추진하기로 했다. CCU 기술 상용화를 통해 GS칼텍스 여수공장에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 화학제품으로 전환하는 방안을 검토할 계획이다.


GS칼텍스는 수소충전소를 포함한 친환경차 인프라 확산을 위해 전기차 충전시설도 확대하고 있다. 국내 최대 전기차 공유업체인 그린카와 제휴하고 접근성이 뛰어난 주유소들에 전기차를 배치해 고객들로부터 큰 호응을 얻고 있다. 


GS칼텍스 관계자는 “모빌리티와 고객 라이프 스타일 변화에 맞춰 전기・수소 등 친환경 에너지 및 전기차 셰어링 서비스를 제공하고 있다”라며 “앞으로도 미래 환경변화에 선제적으로 대응해 에너지 서비스 확장을 가속화할 것”이라고 말했다.


현대오일뱅크

현대중공업그룹은 지난 3월 육상과 해상에서 수소의 생산부터 운송・저장・활용에 이르는 수소밸류체인을 구축하기 위한 ‘수소 드림(Dream) 2030 로드맵’을 발표한 바 있다. 현대오일뱅크가 현대중공업그룹의 수소사업의 중심축이 될 것으로 보인다.  


블루수소, 화이트 바이오, 친환경 화학 및 소재 사업을 3대 친환경 미래 사업으로 선정한 현대오일뱅크는 블루수소, 화이트 바이오, 친환경 화학 및 소재 사업을 3대 친환경 미래 사업으로 선정한 현대오일뱅크는 블루수소 생산 사업에 진출할 계획이다.



현대오일뱅크는 지난 6월 국내 최대 액체 탄산 제조업체인 신비오케미컬과 충남 대죽 일반산업단지에서 ‘액체 탄산 생산공장’ 기공식을 개최했다.    


신비오케미컬은 반도체 공정용 탄산가스와 드라이아이스 등을 제조하는 이 공장을 내년 상반기까지 800억 원을 투자해 완공할 예정이다. 현대오일뱅크는 대산공장 내 수소제조공정에서 발생하는 이산화탄소(연간 20만 톤)를 제품 원료로 공급한다. 


기존 수요처인 선도화학과도 협력을 강화해 이들 업체에 공급하는 이산화탄소 규모를 지난해 9만 톤/년 수준에서 내년 상반기 최대 36만 톤/년까지 늘릴 계획이다.


현대오일뱅크는 탈황 공정 등에 투입하기 위해 연산 20만 톤의 수소 제조 공정을 갖추고 있는데, 국내 정유업계 최초로 수소 제조과정에서 배출되는 연간 약 36만 톤의 이산화탄소를 전량 회수해 블루수소를 생산할 계획이다. 회수한 이산화탄소는 건축자재, 드라이아이스, 비료 등으로 자원화한다. 


현대오일뱅크는 2025년까지 연간 10만 톤의 블루수소를 수소충전소와 연료전지 발전용으로 판매할 계획이다. 첫 단계로 7월까지 대산공장에 차량용 연료로 블루수소를 개질하는 고순도 정제설비를 구축한다. 하루 정제 가능량은 3,000kg으로 넥쏘 600대를 충전할 수 있는 양이다.


정제 수소는 특수목적법인이 설립한 수소충전소와 자체 충전네트워크에 판매된다. 수소충전소 구축・운영을 위한 특수목적법인 ‘코하이젠’에 참여한 현대오일뱅크는 연내 직・자영 충전소 3곳을 추가로 확보해 총 8개의 자체 판매 네트워크도 운영할 계획이다.  


현대오일뱅크는 2018년 6월 국내 최초로 울산에 휘발유, 경유, LPG, 수소, 전기 등 모든 수송용 연료를 한 곳에서 판매하는 복합에너지스테이션의 운영을 시작한 바 있다. 


현대오일뱅크는 2023년까지 전기차 충전 네트워크를 200개소로 확대하고, 수소충전소도 2030년까지 180개소, 2040년까지 300개소로 늘린다는 계획이다. 


현대오일뱅크는 발전사 등과 합작법인을 설립해 2023년부터 20MW 이상의 연료전지 발전사업에도 진출할 계획이다.  


현대오일뱅크는 지난 5월 한국남동발전과 ‘신재생에너지 사업 공동개발 협력을 위한 양해각서’를 체결했다. 두 회사는 수소연료전지를 활용한 신재생에너지 발전사업 공동 추진을 검토할 예정이다. 현대오일뱅크는 수소를 생산해 공급하고, 한국남동발전은 연료전지 발전소 운영 노하우를 제공함으로써 합작 발전법인에서 전기를 생산할 계획이다.


현대오일뱅크는 수소사업에 박차를 가하기 위해 미국 펜실베니아에 본사를 둔 세계 최대 수소생산 업체인 에어프로덕츠와 손을 잡았다.




현대오일뱅크는 지난 4월 에어프로덕츠와 ‘수소에너지 활용을 위한 전략적 협력 양해각서’를 체결했다. 


에어프로덕츠는 천연가스와 정유 부산물 등 다양한 원료에서 수소를 뽑아낼 수 있는 원천기술과 함께 공장 운영 노하우와 수소 액화 등 저장・운송 관련 기술을 보유하고 있다.


현대오일뱅크는 에어프로덕츠의 앞선 제조기술을 활용해 저렴한 원유 부산물과 직도입 천연가스로 수소를 생산해 원가경쟁력을 확보할 계획이다.  


양 사는 재생에너지 연계 그린수소 사업모델 개발에도 나설 예정이다. 에어프로덕츠는 지난해 7월부터 사우디아라비아 국영 석유기업인 아람코와 함께 태양광과 풍력을 활용해 암모니아를 생산하는 ‘네옴 프로젝트’를 진행하고 있다. 질소와 수소로 이루어진 암모니아는 분해 과정에서 탄소 발생 없이 수소로 변환된다. 현대오일뱅크는 암모니아를 활용한 그린수소 사업도 적극 검토할 예정이다.


현대중공업그룹은 이미 아람코와도 손을 잡았다. 지난 3월 수소·암모니아 산업 관련 업무협약을 맺고 수소 프로젝트를 추진키로 했다. 


현대오일뱅크는 아람코로부터 LPG를 수입해 수소 생산과정에서 이산화탄소를 포집한 ‘블루수소’를 생산해 탈황 설비에 활용하거나 차량·발전용 연료로 판매할 계획이다. 공정 과정에서 포집한 이산화탄소는 선박으로 아람코에 보내게 된다. 또 아람코로부터 블루 암모니아(고순도 암모니아)를 수입해 LNG 보일러 교체 사업에 활용할 예정이다.  


에쓰오일

에쓰오일은 지난해 12월 에너지 전환과 탄소중립 등 급변하는 글로벌 트렌드에 대응하기 위한 장기 성장전략 체계인 ‘비전 2030’을 발표하고, 그 한 축으로 수소사업을 추진하고 있다. 


에쓰오일은 비전 2030을 달성하기 위한 전략 목표 중 하나로 정부의 탄소감축 노력에 맞춰 2030년까지 탄소배출량을 최소화하기 위한 투자 로드맵을 수립했다. 


또한 장기 성장전략으로 추진해온 석유화학 사업 분야 투자를 일관성 있게 지속해 지금보다 2배 이상 확장할 계획이다. 이를 위해 지난 2018년 5조 원을 들여 완공한 정유 석유화학 복합시설(RUC & ODC)에 이어 새롭게 추진하고 있는 샤힌(Shaheen) 프로젝트를 성공적으로 완료해 석유화학 비중을 생산물량 기준 현재 12%에서 25% 수준까지 확대할 계획이다.


이와 함께 기존 사업 분야인 정유・석유화학・윤활 사업의 수익성을 극대화하는 동시에 수소연료전지・리사이클링 등 신사업 분야에도 진출해 회사의 지속성장을 견인한다는 방향성을 제시했다.


에쓰오일은 신사업 분야 중 하나로 수소의 생산부터 유통, 판매에 이르기까지 수소산업 전반의 사업 진출을 계획 중이다. 이를 위해 에쓰오일은 대주주인 사우디 아람코와의 협력을 통해 그린수소, 그린 암모니아를 활용한 사업과 액화수소 생산・유통사업 등을 검토하고 있다. 


또한 서울 시내에 복합 수소충전소 도입을 검토하는 한편 상용차 수소충전소 특수목적법인 코하이젠에도 참여하고 있다. 




에쓰오일은 지난 3월 연료전지(SOFC) 전문기업 에프씨아이(FCI)와 투자계약을 체결하고 연료전지 사업에 진출했다. 에쓰오일은 FCI에 초기 투자로 지분 20%를 확보함으로써 국내 최대주주에 오르게 됐다. 


40여 건의 고체산화물 연료전지(SOFC) 특허를 보유한 한국-사우디 합작기업인 FCI는 이탈리아 연료전지 전문기업인 솔리드파워와 한국 및 해외시장에 적합한 제품 개발을 위해 협업하는 등 다양한 기업, 연구기관과 협력관계를 구축하고 있다. 


FCI는 2027년까지 최대 1,000억 원 규모의 투자를 통해 100MW 이상 규모의 생산설비를 구축하고 그린수소 사업까지 사업영역을 확장할 예정이다. 


FCI는 에쓰오일과 함께 국내뿐 아니라 중동시장을 비롯한 해외 연료전지 시장 진출도 추진하고 있다. 특히 사우디 파트너와 협력을 통해 사우디 전력회사 및 통신회사에 제품을 공급한다는 계획이다. 


현재 FCI는 사우디 파트너로부터 1차 150MW 규모의 연료전지 공급 계약을 기반으로 중동시장의 기후 조건과 법적 규제에 맞는 발전용 및 건물용 제품을 개발 중이다. 재생에너지의 출력 변동성을 보완할 수 있는 마이크로그리드형 융복합 제품과 선박에 적용할 해상용 연료전지를 주요 기관들과 함께 공동개발 중이다.





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