게시물 검색

에너지/환경 중국의 그린 수소 발전 전략, 2060년 탄소 중립을 향한 움직임

  • 관리자 (irsglobal1)
  • 2021-10-02 22:09:00
  • hit206
  • 14.37.121.173

출처 : https://www.renewable-ei.org/activities/column/REupdate/20210811_1.php

 

기후변화를 억제하기 위해, 세계의 주요 국가들은 잇달아 탄소 중립(카본 뉴트럴)의 목표를 내걸었다. 2020년의 국제 연합 총회에서 중국은 2060년까지의 탄소 중립 목표를 발표했는데, 그것을 실현하기 위해 더욱 현실적인 의논이 요구되게 되었다. 다양한 의논을 거치면서 수소 개발과 이용에 주목하게 되었다. 수소는 에너지원과 에너지 저장 매체로서, 자연에너지 중심의 에너지 구조 전환에 있어 중요한 역할을 담당할 것으로 기대된다. 하지만 현재 중국의 수소는 대부분 화석연료로부터 생산되는 그레이 수소이며, CO2를 배출한다. 이러한 그레이 수소의 이용은 탄소 중립의 목표와 상반되기 때문에, CO2를 배출하지 않는 그린 수소를 중심으로 하는 발전 전략이 필요하다.

 

2020년 12월에 그린 수소 인증 제도 발표

 

수소는 이용 단계에서는 CO2를 배출하지 않지만, 수소의 제조 및 운송, 충진 시 에너지를 소비하며 CO2를 배출한다. 제조 시 수소를 생산하는 방법에 따라 그레이 수소, 블루 수소, 그린 수소 등 ‘색깔’로 분류한다. 그레이 수소는 석탄이나 천연가스 등의 화석연료를 원료로 하며 생산 과정에서 대기 중에 CO2를 방출한다. 블루 수소는 그레이 수소의 생산 과정에 CO2 회수ㆍ저류 프로세스(CCS)를 도입한 수소이다. 그린 수소는 풍력이나 태양광 등 자연에너지의 전력을 이용하여 물을 전기분해하여 생성한다. 자연에너지 전력은 CO2를 배출하지 않으므로, 그린 수소의 CO2 배출은 수소 제조와 관련된 설비 생산ㆍ건설ㆍ운전에 의해 발생한다. 한편, 블루 수소는 제조 시 탄소를 회수하는데, 그 회수율은 50~90%로 폭이 넓기 때문에, 그린 수소와 비교하여 CO2의 배출량이 큰 편이다.

 

2020년에 제정된 중국의 ‘에너지법’에서는 수소를 에너지원으로 정의하고, 탄소 중립을 실현하기 위해 더욱 구체적인 수치 기준으로 수소를 분류할 것을 요구한다. 2020년 12월에 중국 수소 연맹(CHA:China Hydrogen Alliance)은 중국 최초의 그린 수소 인증 제도를 발표했다. 이 제도에서는 수소를 제조할 때뿐 아니라 설비 생산ㆍ건설ㆍ운전을 포함한 CO2 배출량에 대해, 임계치를 설정하여 수소를 분류했다.

 

<그림1> 중국의 그린 수소 인증 제도

자료 : 일본 자연에너지재단

 

이 인증 제도에서는 배출량이 4.9kg-CO2/kg-H2 미만인 수소를 ‘클린 수소(중국어 : 清洁氢)’로 총칭한다. 블루 수소 중 배출량이 4.9kg-CO2/kg-H2 미만인 것은 클린 수소로 인정받을 수 있다. ‘클린 수소’ 중에서 자연에너지 전력에서 유래한 수소를 ‘재생 가능 수소(중국어 : 可再生氢)’, 즉 그린 수소라 정의했다. 각각의 인증을 받은 수소는 라벨을 표시할 수 있다(그림2). 이 인증 제도는 수소 제조 과정을 저탄소화하고, 신기술의 개발을 장려할 때의 판단 기준이 된다.

 

<그림2> 그린 수소의 인증 라벨

(좌 : 재생가능 수소, 우 : 클린 수소)

자료 : 중국수소연맹

 

중국의 수소 생산 상황은 아래 그림과 같다. 2019년의 수소 생산량은 약 3342만 톤으로서, 세계에서 가장 많이 생산한다. 종류별로 보면, 화석연료 유래와 공업 부산물의 그레이 수소가 전체의 약 98%를 차지한다. 석탄 유래 수소가 가장 많아 63.5%, 코크스 및 석유 정제 등의 공업 부산 수소와 천연가스 유래 수소는 각각 21.2%와 13.8%를 차지한다. 수전해에 의한 그린 수소의 연간 생산량은 약 50만 톤이며, 전체의 1.5%밖에 되지 않는다. 지역 분포를 보면, 수소 생산은 주로 석탄 산지인 시베이 지역과 화베이 지역 및 석유 기업 집단 및 화학 공업이 발달해 있는 화둥 지역에 집중되어 있다.

 

<그림3> 중국의 수소 생산량 구성과 지역 분포(2019년)

자료 : 중국수소연맹

 

CCS의 적합한 지역이 적은 중국, 블루 수소에 대해 COST 경쟁력을 찾지 못함

 

그린 수소를 보급하는 데 있어 가장 큰 문제는 비용이다. 수소 협의회(HC:Hydrogen Council)가 발표한 보고서에 따르면, 현재의 자연에너지 유래 그린 수소의 비용은 4~6달러/kg이다. 그에 비하면, 석탄과 천연가스에서 유래한 그레이 수소의 비용은 1~2.5달러/kg이다. 하지만 앞으로의 기술 발전과 생산량 확대를 고려하면, 2030년까지 수전해 설비의 비용이 현재보다 최대 70~80% 절감될 것이라고 예상된다. 자연에너지의 발전 비용도 지속적으로 낮아지기 때문에, 2030년 시점의 그린 수소 비용은 2~3달러/kg까지 떨어지고, 일부 자원 최적 지역의 비용은 1~1.5달러/kg을 실현할 수 있을 전망이다.

 

한편, 블루 수소에는 CCS 기술이 필요하다. CCS의 비용에 따라 블루 수소의 비용이 결정된다. 블루 수소를 생산하려면 대량의 탄소 회수 및 지중 저장이 필요하기 때문에, 고갈된 가스전 등의 지중 저장 적지가 일단 전제되어야 한다. 중국에는 원래 천연가스전이 많지 않기 때문에, CCS의 적지를 충분히 확보할 수 없을 것으로 생각된다. 이밖에도 석탄전이나 지층 보존 등의 저장 방법도 있지만, 천연가스전에 저류하는 것에 비하면 비용이 높아져, 결과적으로 블루 수소의 비용도 올라간다. 이러한 과제가 있기 때문에, 중국에서는 블루 수소가 그린 수소에 비해 비용 경쟁력이 별로 없다고 판단된다.

 

교통 부문을 중심으로 그린 수소의 촉진 정책을 전개

 

중국에서는 1990년부터 연료전지와 연료전지 자동차(FCV: Fuel Cell Vehicle)를 활발히 연구했으며, 2000년대에 들어서면서 다양한 수소 제조와 저장 기술의 연구개발을 국가 프로젝트로서 진행하였다. 더욱이 2016년에 중국 정부는 ‘수소 제조ㆍ저장ㆍ운송, 수소 연료전지, 분산형 수소 발전에 관한 기술 개발’을 국가의 전략적인 기술 발전 방향으로 정하고, 본격적인 수소 개발 투자에 착수했다. 2017년부터 2018년 사이에, 중국이 수소 개발에 투자한 금액은 2292억 위안(약 42조 원)을 넘어섰다(표2). 2017년부터 이어진 일련의 정책에는 FCV와 수소의 인프라 발전(수소 스테이션 등)을 교통 시스템 구축의 미래 계획에 포함시켰다.

 

<표1> 중국의 수소 관련 정책

자료 : 일본 자연에너지재단

 

<표2> 중국의 수소 개발에 대한 투자 금액(2017~2018년)

자료 : MAO Zongqiang (2019)

 

CHA의 탄소 중립 시나리오 연구에서는, 2060년에 중국의 그린 수소 생산 규모는 2019년의 약 3배에 달하는 1억 톤이 될 것으로 예측했다. 그린 수소는 제로 에미션 에너지로서, 교통 부문, 산업 부문, 건축 부문, 발전 부문의 탈탄소화에 크게 공헌할 것으로 기대된다.

 

교통 부문에서는 2019년 시점에 전국에 트렁크 및 버스 등의 상업용 자동차를 중심으로 하는 6552대의 FCV를 32개의 도시에서 운전하고 있다. 그 중 버스는 약 22%, 트럭 및 배달용차는 78%를 차지한다(그림4). 2020년 9월 시점에 80개의 수소 스테이션을 건설하였고, 약 80%가 가동되었다. 중국 자동차 공정 학회가 발표한 신에너지 차 기술 발전 로드맵에서는 2025년에 10만 대, 2035년에 100만 대 이상의 FCV를 도입하겠다는 목표를 세웠다. 특히 트럭 및 버스를 중심으로 상업용 자동차를 수소 에너지로 전환할 것을 촉구한다. 더욱이 선박용과 항공용 합성 연료를 수소를 통해 제조하는 연구개발도 실시하고 있다.

 

<그림4> 중국의 FCV 보유량

자료 : 중국수소연맹

 

산업 부문에서 수소는 암모니아 및 메탄올 제조, 석유 정제, 철강 등의 생산 프로세스에서의 원재료와 환원제로서 이용되고 있다. 현재는 대부분 그레이 수소이기 때문에, 앞으로 산업 부문에서 탈탄소화를 이루려면 그린 수소로 전환해야 한다. 설비 면에서는, 고온 열원으로서 기존의 화석연료 보일러를 수소 혼소 또는 수소 전소 보일러로 전환할 필요가 있다.

 

중국의 산업 부문 중에서는 철도 부문의 CO2 배출량이 가장 많고, 배출 총량이 약 15%를 차지하며 탄소 중립에 대한 영향도가 크다. 현재 중국에서는 여러 제철 회사가 수소 환원 제철법(hydrogen metallurgy) 등의 저탄소 기술을 개발하고 있다. 그 중 국내 철강 생산량이 2위인 ‘허강 그룹’은 연간 생산량 120만 톤의 수소 환원 제철 프로젝트를 실시하고 있다. 이 계획의 1단계에서는 2021년까지 60만 톤의 제철 설비를 건설하고, 코크스로 가스를 개질한 수소 리치 가스를 환원제로 삼는 수소 환원 제철의 실증실험을 실시한다. 2단계에서는 60만 톤의 그린 수소에 의한 제철 설비를 건설하고, 화석연료가 없는 철강 생산을 실현하고자 하고 있다.

 

건설 부문에서도 공업 부문과 마찬가지로 열원은 화석연료 보일러가 중심이다. 그래서 수소 혼소 또는 수소 전소 보일러를 이용하는 집중형 열공급 난방 시스템이 개발될 것으로 기대된다(특히 북부 한랭 지역). 농촌부 및 도시부의 분산형 열공급에 있어서도 연료전지에 의한 소규모 코제너레이션(열전병급) 시스템이 개발되고 있다.

 

발전 부분에서는 풍력과 태양광 등 변동형 자연에너지를 대량으로 도입함에 있어 자연 조건에 따른 출력 변동과 전력 계통의 수급 조정에 대응하기 위해 수소를 연료로 삼는 탈탄소 전원을 통해 조정력을 확보하는 것이 유력한 선택지라 할 수 있다. 수소 전소 화력발전 외에도 기존의 가스터빈 발전 설비 등을 개조함으로써, 현재와 같은 수단으로 출력을 조정하여 계통 운전을 안정화시킬 수 있다. 수소 전소ㆍ혼소라는 두 가지 부면에서 실용화하기 위한 연구개발이 가속화되고 있다. 자연에너지를 주력 전원으로 삼을 경우에는 잉여 전력이 발생할 수밖에 없다. 이때 수소는 에너지 저장 매체로서, 자연에너지의 잉여 전력을 저장할 수 있다.

 

중국에서는 그린 수소의 이용이 크게 기대되고 있는 한편, 그 발전에 대해서는 다양한 과제들이 남아 있다. 새로운 에너지로서, 수소를 이용하는 데 필요한 운송ㆍ저장ㆍ충진 등의 인프라 설비가 충분하지 않다. 이러한 인프라를 정비하려면 막대한 자금을 투입하는 것은 물론, 전면적인 계획이 필요하므로, 정책적인 지원이 필수이다. 정부는 일찍이 그린 수소 인증 제도를 시작했지만, 그 이용을 촉진하기 위해서는 유럽과 같은 그린 수소 거래 시장을 서둘러 정비해야 한다. 그밖에도 수소 이용에 관한 기술 기준 및 제도 설립이 수소 산업의 빠른 발전을 쫓아가지 못해, 저해하는 요인이 되고 있다. 대표적인 예를 들자면, 수소를 위험물로 분류하고 있기 때문에 화학 공업 용지에서만 제조와 충진 설비를 건설할 수 있다. 안전 기준을 바탕으로 규제도 완화되어야 한다.

 

 

[2022 국내외 수소산업 전주기(全週期) 밸류체인별 기술개발 동향과 사업화 전략] 보고서 상세보기

https://www.irsglobal.com/shop_goods/goods_view.htm?category=04000000&goods_idx=85046&goods_bu_id=

 

게시글 공유 URL복사
게시물 검색
List of articles
번호 분류 제목 작성자 작성일 조회수
614 ICT/정보통신 SNS의 미래형 ‘메타버스’ 발전을 뒷받침하는 신흥 90개사 photo 관리자 2021-10-13 hit211
613 ICT/정보통신 새삼스러울 것 없는 ‘메타버스’~ 지금 가상공간 서비스가 주목받는 ‘3가지 이유’ photo 관리자 2021-10-13 hit193
612 바이오/의료 펨테크(Female + Tech) 시장 photo 관리자 2021-10-13 hit226
611 ICT/정보통신 여성을 위한 의료 변화 ~ 빠르게 성장하는 펨테크의 가능성 photo 관리자 2021-10-12 hit156
610 ICT/정보통신 헬스케어의 핵심으로 급부상하는, 펨테크(femtech) 주요 이슈 photo 관리자 2021-10-12 hit158
609 에너지/환경 중국의 그린 수소 발전 전략, 2060년 탄소 중립을 향한 움직임 photo 관리자 2021-10-02 hit206
608 바이오/의료 의료용 3D 프린팅 photo 관리자 2021-09-30 hit130
607 ICT/정보통신 오픈 데이터(Open Data) 활용사례 photo 관리자 2021-09-30 hit201
606 ICT/정보통신 가트너 - 2021년 데이터와 애널리틱스에서의 테크놀로지 트렌드 TOP 10 photo 관리자 2021-09-30 hit265