수소 경제의 미래: 기회와 도전

1. 요약

• 이 리포트는 수소 경제의 현재 상태와 미래 전망을 분석하여 수소가 에너지 시스템에서 중요한 역할을 할 가능성을 살펴봅니다. 다양한 수소 생산 방식인 그레이, 블루, 그린, 청록 수소의 정의와 특징을 중심으로 경제성과 기술적 과제를 검토하며, 세계 및 한국과 인도의 수소 경제 정책 및 현황을 조사합니다. 수소의 생산 단가, 글로벌 시장 동향, 수소 전력 생산 기여, 탄소 포집 및 저장 기술(CCS, DAC) 등의 측면을 통해 수소가 지속 가능한 에너지원으로 자리 잡기 위한 경로를 제안합니다.

2. 수소의 종류 및 생산 방법

• 2-1. 그레이 수소의 정의 및 생산 과정

• 그레이 수소는 천연가스의 수증기 개질 과정을 통해 주로 생산되며, 이는 현재 수소 생산의 대부분을 차지합니다. 이 방식에서는 대량의 이산화탄소가 배출되므로, 환경적으로 바람직하지 않은 방법으로 평가됩니다.

• 2-2. 블루 수소의 특징과 탄소 포집 기술

• 블루 수소는 그레이 수소 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하고 저장하여 환경 영향을 최소화합니다. 이산화탄소 포집 및 저장 기술(CCS)이 사용되어 탄소 배출을 줄이는 데 기여합니다.

• 2-3. 그린 수소의 생산 과정과 장점

• 그린 수소는 태양광, 풍력 등 재생 가능한 에너지원으로 물을 전기분해하여 생산됩니다. 이 과정에서 이산화탄소가 배출되지 않으며, 가장 친환경적인 수소 생산 방법으로 평가됩니다. 그러나 생산 효율과 비용이 국가별로 차이가 발생할 수 있습니다.

• 2-4. 청록 수소와 기타 수소의 분류

• 청록 수소는 메탄 파이롤리시스 과정을 통해 생산되며, 이 방법은 이산화탄소의 직접 배출이 없습니다. 그 외에도 레드, 퍼플, 핑크, 엘로우 등 다양한 수소의 생산 방식이 있습니다.

• 2-5. 화이트 수소의 정의 및 특징

• 화이트 수소는 자연 상태에서 발견되는 수소로, 채굴을 통해 얻습니다. 현재는 상업적으로 활용되지 않지만, 지속 가능한 에너지원으로의 잠재력이 크고 연구와 기술 발전이 진행되고 있습니다.

3. 수소 생산 단가 및 경제성

• 3-1. 수소 생산 방식별 단가 비교

• 현재 수소 생산 방식에 따른 단가는 다음과 같습니다. 2021년 수소 1kg당 생산 가격은 그린 수소가 최소 2.03달러에서 최대 11.81달러, 블루 수소는 최소 1.29달러에서 최대 2.85달러, 그레이 수소는 최소 0.86달러에서 최대 2.26달러입니다. 블룸버그NEF의 자료에 따르면, 2030년부터 그린 수소의 최소 비용이 가장 저렴해질 것으로 예상됩니다. 특히, 미국 정부의 '에너지 어스샷 이니셔티브'는 2030년까지 청정 수소 생산비용을 1kg당 1달러 이하로 낮추는 것을 목표로 하여, 이는 전 세계적으로 그린 수소 생산에 대한 수요와 기술 투자를 확대할 것으로 예상됩니다.

• 3-2. 수소 단가 변화 추세

• 수소 단가는 기술 발전 및 재생 에너지 비용 하락의 영향을 받고 있습니다. 블룸버그NEF의 자료에 의하면, 2030년부터 그린 수소의 최소 비용이 가장 저렴해질 것으로 전망됩니다. 현재의 그린 수소 생산은 재생 전력원에 대한 불규칙성과 간헐성을 극복하기 위한 기술적인 과제가 남아 있는 상황입니다.

• 3-3. 수소 생산의 경제적 이점과 도전 과제

• 수소 생산의 경제적 이점으로는 재생 가능 에너지와의 통합으로 인한 탄소 배출 감소와 에너지 자립도 향상이 있습니다. 그러나 가격 경쟁력의 부족으로 인해 그린 수소의 시장 진입이 지연될 수 있습니다. 수소 생산 방식에서 발생하는 탄소 문제는 정책적 규제가 필요하며, 특히 그레이 수소와 블루 수소의 가격을 고려해야 합니다. 또한, 생산 공정에서의 기술적 과제와 재생 에너지의 불규칙적인 공급이 주요한 도전 과제로 지적되고 있습니다.

4. 전세계 수소 산업 동향

• 4-1. 국제 수소 시장 성장 전망

• 2036년까지 수소 에너지 저장 시장 규모는 예측 기간(2024~2036년) 동안 7.5%의 CAGR(연평균 성장률)을 달성할 것으로 예상됩니다. 블룸버그NEF의 자료에 따르면 2030년까지 세계 수소 생산량 1100만 톤 중 그린 수소는 70%, 블루 수소는 30%로 예상되고 있습니다.

• 4-2. 주요 국가별 수소 정책 및 투자 현황

• 미국 정부는 ‘에너지 어스샷 이니셔티브’를 발표하며, 2030년까지 청정 수소 생산비용을 1kg당 1달러 이하로 낮추는 목표를 설정하였습니다. 이로 인해 기술 투자를 대폭 확대할 것으로 기대되고 있으며, 수소 생산 및 활용 기술의 발전을 촉진할 것입니다. EU는 원자력과 가스를 녹색분류체계에 포함시키며, 수소 생산에 대한 정책적 지원을 강화하고 있습니다.

• 4-3. 대표 기업 및 산업 동향

• 주요 기업으로는 두산퓨얼셀, 블룸에너지, Nel ASA, Air Liquide SA 등이 있으며, 이들은 수소 연료전지 및 연료전지차 기술 개발에 집중하고 있습니다. 두산퓨얼셀은 매출 현황 및 사업 현황을 통해 수소 연료전지 시장에서 강력한 플레이어로 자리매김하고 있으며, 블룸에너지는 미국 내에서의 매출 및 해외 진출 현황을 통해 성장 추세를 보이고 있습니다.

5. 수소 전력 생산에의 기여

• 5-1. 수소 연료전지 기술

• 수소 연료전지는 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생성하는 기술로, 이 과정에서 발생하는 에너지는 전력 생산에 사용될 수 있으며, 온실가스를 배출하지 않아 환경 친화적인 전력 생산 방식으로 주목받고 있습니다. 수소 연료전지는 다양한 분야에 적용 가능하여, 교통수단, 건물의 전력 및 열 생산 등에서 활용되고 있습니다.

• 5-2. 수소를 활용한 전력 생산 공정

• 수소를 활용한 전력 생산 공정은 주로 수소 연료전지를 통해 이루어집니다. 최근 수소의 생산 방식은 재생에너지 기반으로 변화하고 있으며, 그린수소와 화이트수소의 생산 확산이 이루어지고 있습니다. 예를 들어, 그린수소는 재생 가능한 자원을 통해 생산되어 탄소 배출이 없고, 국내외적으로 수소 에너지 저장 시스템과 결합하여 백업 전력 공급 등을 위한 시스템 구축이 이루어지고 있습니다. 수소 에너지 저장 시장은 예측 기간(2024~2036년) 동안 7.5%의 CAGR을 기록할 것으로 예상됩니다.

6. 탄소 포집 기술과 수소 생산

• 6-1. CCS 기술의 필요성과 효과

• CCS(탄소 포집 및 저장) 기술은 대기 중의 CO2를 포집하여 안전하게 저장하는 방법으로, 수소 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출을 줄이는 데 필수적입니다. 이는 탄소 중립 목표 달성을 위한 중요한 수단으로 인식되고 있으며, 수소 생산의 지속 가능성을 높이는 데 기여합니다.

• 6-2. DAC 기술의 현황과 전망

• DAC(직접 공기 포집) 기술은 대기 중의 이산화탄소를 직접 포집하는 혁신적인 방법으로, 수소 생산과 정제 과정에서의 이산화탄소 배출 감소에 기여할 가능성을 지니고 있습니다. 현재 여러 국가에서 DAC 기술 개발이 진행 중이며, 향후 상용화에 대한 기대가 커지고 있습니다.

• 6-3. 탄소 중립을 위한 수소 생산 방식

• 탄소 중립을 달성하기 위한 수소 생산 방식으로는 그린 수소와 블루 수소 등이 있습니다. 그린 수소는 재생 가능한 에너지를 사용하여 생산되며, 블루 수소는 천연가스를 이용하되 발생하는 CO2를 CCS 기술로 포집하여 저장합니다. 이러한 방식들은 탄소 배출을 최소화하며 지속 가능한 에너지 시스템으로의 전환을 촉진하고 있습니다.

7. 우리나라의 수소 개발 현황

• 7-1. 국내 수소 경제 활성화 정책

• 우리나라의 수소 경제 활성화 정책은 다양한 방향으로 진행되고 있습니다. 정부는 수소 경제 활성화를 위한 3개년 계획을 수립하고 있으며, 2030년까지 수소의 생산과 저장, 활용에 대한 전문성을 높이기 위해 지속적인 연구개발과 함께 인프라 구축을 추진하고 있습니다. 이러한 정책은 반복적인 탄소 감축 목표와 함께 진행되어, 전 세계의 탄소 배출량을 현저히 줄이는 데 기여할 것으로 기대되고 있습니다.

• 7-2. 한국의 수소 생산 및 활용 전략

• 한국은 수소 생산 방식으로 천연가스 개질과 수전해를 주로 활용하고 있으며, 2030년까지 약 194만 톤의 수소를 생산하는 목표를 세우고 있습니다. 특히 그린수소 생산을 확대하기 위한 기술개발이 활발히 진행되고 있으며, 다양한 재생 에너지원을 활용한 수소 생산 방법들이 연구되고 있습니다. 이러한 접근은 국내 산업 구조를 선진화하고 지속 가능한 발전을 도모하는 데 필수적입니다.

• 7-3. 수소 인프라 구축 현황

• 국내 수소 인프라 구축은 급속도로 진행되고 있으며, 수소 충전소와 수소 생산 시설이 주요 도시와 산업 단지에 확산되고 있습니다. 2024년까지 310개의 수소충전소 구축 목표를 설정하고, 이를 위해 정부의 지원과 민간 투자가 활발히 이루어지고 있습니다. 현재 한국의 수소 생산량은 연간 약 5만 톤 수준이며, 이는 소규모 파일럿 단계에 머물러 있지만 향후 지속적인 확장에 대한 계획이 세워지고 있습니다.

8. 인도 수소 시장 현황

• 8-1. 인도 녹색 수소 시장 규모 및 성장 전망

• 인도의 녹색 수소 시장은 2023년 약 22.88억 달러 규모로 평가되었습니다. 이 시장은 2024년부터 2032년까지 약 69.8%의 연평균 성장률(CAGR)을 기록할 것으로 예상됩니다. 이러한 성장 배경에는 녹색 수소 개발이 다자간 기관과 민간 자금 제공자의 우선순위로 떠오르고 있다는 점이 있습니다. 인도 정부는 2021년 기후 변화 회의에서 2070년까지 순 제로 배출을 달성하겠다는 약속을 하여, 이 목표 달성을 위해 녹색 수소의 중요성이 더욱 부각되고 있습니다. 또한, 인도 정부는 2022년부터 2030년까지 약 6.5억 달러의 인센티브 자금을 제공하는 '국가 녹색 수소 임무'를 시작하였으며, 이는 수소 생산 규모 확대와 인도를 녹색 수소의 생산 및 수출 글로벌 허브로 만드는 것을 목표로 하고 있습니다.

• 8-2. 주요 기업과 투자 현황

• 인도에는 Adani Green Energy Ltd, Reliance Industries, NTPC Ltd, Gail (India) Ltd, Oil and Natural Gas Corporation Ltd (ONGC) 등 여러 주요 기업들이 있습니다. Reliance Industries는 구자라트에서 중요한 녹색 수소 프로젝트를 개발 중이며, Adani Group은 2.5억 달러를 투자하여 녹색 수소 프로젝트를 위한 후방 통합 가치 사슬 개발에 나섰습니다. 이러한 기업들의 투자는 인도 녹색 수소 시장의 성장을 가속화하고 있으며, 민간 및 공공 부문 기업과의 파트너십을 통해 대규모 수소 생산 시설을 지원하기 위한 다양한 정책을 시행하고 있습니다.

결론

• 수소가 탄소 중립 목표 달성을 위한 중요한 에너지원으로 주목받고 있습니다. 그린 수소는 친환경적 장점이 있지만, 생산 비용과 기술적 문제 해결이 필요합니다. 블루와 그레이 수소는 경제성이 있는 반면, 발효 중 탄소 배출 문제는 정책적 규제가 요구됩니다. 수소 경제의 성장은 한국과 인도에서 빠르게 진행되고 있으며, 각국의 투자와 정책 지원이 지속적인 발전에 기여합니다. 향후 수소 관련 연구와 지원이 탄소 중립 목표 실현에 중요하며, 특히 CCS와 DAC 같은 기술 혁신이 수소 생산과 사용에서의 탄소 배출을 최소화할 수 있는 방법으로 주목받고 있습니다.

용어집

• 수소 [기술]: 수소는 가장 가벼운 원소로, 청정 에너지원으로서의 가능성을 갖고 있으며, 다양한 형태로 생산되고 사용됩니다. 수소 연료전지는 이산화탄소를 배출하지 않고 전기를 생산할 수 있는 기술로, 수소 경제의 핵심 요소로 자리잡고 있습니다.

• CCS [기술]: 탄소 포집 및 저장 기술로, 수소 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 저장함으로써 탄소 배출을 줄이는 방법입니다. CCS 기술은 탄소 중립 목표 달성을 위한 중요한 수단으로 인식되고 있습니다.

• DAC [기술]: 직접 공기 포집 기술로, 대기 중의 이산화탄소를 직접 포집하여 탄소 중립을 달성하는 혁신적인 방법입니다. DAC 기술은 수소 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출 감소에 기여할 수 있는 가능성을 지니고 있습니다.

출처 문서

• 수소 경제의 미래: 가능성 탐구go-public-report-ko-fd4f8ce9-9177-439f-9a4f-e24a7626e152-0-0
• ① 세계 수소생산기술 현황과 전망2030년 세계 수소생산량 1100만톤…그린수소가 70% 차지https://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=108984
• ‘수소경제’시대. 블루, 그린수소? 이름 색깔의 의미https://brunch.co.kr/@lselectric/84
• 수소 혁신: 인도와 세계의 미래go-public-report-ko-f38a6987-12ff-4771-b263-4e0f34ef5443-0-0