수소에너지는 이산화탄소를 발생시키지 않는 미래의 청정에너지로서, 근래 대두되고 있는 에너지 안보와 탄소중립 달성을 위한 핵심 수단으로 급부상하고 있다. 이에 한국에서도 국가전략기술로 수소기술을 지정, 연구개발(R&D) 시동에 나섰다.

세계 각국이 수소에너지에 뛰어들고 있다

최근 러시아-우크라 전쟁에 따라 ‘에너지안보’가 대두되고 있다. 그 중에서도 특히 수소에너지는 높은 에너지 효율로 열과 전기를 생산하면서도 온실가스와 미세먼지 등 유해물질 배출이 없는 친환경 에너지로서, 전 세계적으로 탄소중립으로의 전환을 위한 핵심으로 주목받고 있다. 수소위원회(Hydrogen Council)에 따르면 세계 수소 수요가 2030년에는 약 1억 톤, 2050년에는 5.5억 톤까지 증가할 것으로 예측된다.

현재 유럽, 미국, 일본 등 수소 선도국가에서는 수소 기술 확보에 투자를 아끼지 않으며, 수소의 안정적인 확보와 공급을 위한 정책을 계속해서 발표하고 있다. 특히 독일의 경우 10년간 수소 기술 및 산업에 총 33조원에 달하는 금액을 투자했다. 또한 독일은 그린수소 기반의 가치사슬(밸류체인)을 활성화하기 위해 11조원 규모의 민관협력 R&D 프로젝트를 추진하고 있다.

영국 또한 에너지의 러시아 의존도를 줄이기 위해 기존 석유 수요의 8%를 차지했던 러시아 원유 수입을 단계적으로 중단했다. 더불어 지난 4월, 2030년까지 6,000억 원을 투자해 10GW의 수소 생산능력을 확보하겠다고 발표했다. 이렇듯 각국에서 강력한 에너지안보 수단으로 수소를 채택하는 추세이다.

‘그레이수소’ 속에서 ‘그린수소’를 목표로

현재 전 세계적으로 생산되고 있는 대부분의 수소는 화석연료로부터 생산되고 있다. 메탄과 수증기를 화학반응시킴으로써 수소와 이산화탄소를 만들어내는데, 1kg의 수소를 생산하는 데에 10kg의 이산화탄소가 배출되고 있다. 이렇듯 탄소를 수반해 생산된 수소를 ‘그레이수소’라고 한다.

이외에도 같은 방식으로 생산하면서 이산화탄소 포집기를 따로 두어 탄소배출을 최소화해 생산한 수소를 ‘블루수소’라고 한다. 그러나 이산화탄소를 완전히 제거하는 것은 불가능하다는 한계가 있다.

각국에서 궁극적인 목표로 두고 있는 완전한 청정에너지로서의 수소는 ‘그린수소’다. 그린수소는 신재생에너지를 통해 물을 전기분해하는 방식으로 생산된다. 신재생에너지를 이용하기에 화석연료와 탄소배출로부터 탈피함은 물론, 물을 전기분해하면 수소와 산소가 배출되기 때문에 ‘탄소제로’의 청정에너지라 할 수 있다.

그러나 현재로서는 신재생에너지로부터 전력을 생산하는 단가가 높을뿐더러, 그린수소 생산 설비 효율이 낮아 수소생산을 위해 많은 전력을 사용해야 한다. 이러한 경제적 및 기술적 한계로 인해 현재 수소에너지의 95% 이상은 그레이수소로 생산되고 있다. 따라서 수소를 주요한 친환경 에너지원으로 사용하는 ‘수소경제’로 나아가기 위해서는 대대적인 기술 지원과 개발이 필요한 상황이다.

수소경제 미래를 그리는 한국

한국 정부 또한 2050 탄소중립 및 2030 국가 온실가스 감축목표(NDC) 40%를 달성하기 위한 방안으로 수소 혁신기술 확보에 나섰다. 수소기술을 국정과제 75번 국가전략기술로 지정, 연구개발(R&D) 드라이브(시동)에 나선 것이다. 특히 수소기술 소재‧부품‧장비의 국산화 달성과 초격차 원천기술 확보에 중점을 두고, 수소의 생산‧저장‧운송‧활용 등 전주기적과정에 있어 밸류체인(가치사슬)을 형성하는 로드맵을 수립했다.

10월 18일에 열린 간담회에서는 수소분야 산학연 간담회에서는 한국에너지기술연구원, 한국과학기술연구원 등의 연구기관 외에도 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 국토교통부, 해양수산부, 환경부, 특허청 등의 정부부처가 공동으로 수립 중인 ‘수소기술 미래전략안’의 주요 내용을 산업‧기술인들과 공유했다. 또한 이날 오후 과기부 이종호 장관은 현장 관계자를 격려하고 산업 현장의 의견을 청취했다.

수소분야 연구개발에 있어 민관협력이 무엇보다 중요한 요소라는 것 역시 재차 강조되었다. 대표적 예시로는 세계 수소차 시장에서 압도적인 1위를 달리고 있는 현대자동차가 있다. 2000년부터 민관합동으로 추진된 수소기술 개발 G7 프로젝트 사업의 연구결과를 현대자동차에 이전했고, 2021년 기준 세계 수소전기차 시장에서 현대자동차 점유율이 53.5%라는 성과를 거둘 수 있었다.

과기정통부가 수소기술 미래전략에서 제시한 주요 사항으로는 국산 기술로 수소 공급망을 구축하는 것이 우선되었다. 기술혁신을 통해 생산단가를 절감하고 국내 수소기술 생태계를 지원하며, 수소액화기술과 기자재, 수소 운송 용기와 수소 이송 배관망 등 전주기적인 기술 개발을 지원할 계획이다.

이외에도 현재 세계 1위를 달리고 있는 수소 전기차 경쟁력을 강화하는 데에 더해, 수소 선박, 철도, 드론 등 ‘수소 모빌리티’ 시장 개발이 이루어질 예정이다. 미개척된 모빌리티 시장 선점 외에도 수소 충전소의 구축을 통한 수소 모빌리티 충전 인프라 구축에 중점을 둘 계획이다. 육상용 기체‧액체수소 충전 기술의 국산화는 물론, 해상 충전터미널 기술 확보, 수소드론 충전 인프라 개선 및 연료전지시스템 개량 등의 내용을 포함하고 있다.

과기부 이종호 장관은 “우리나라가 국제사회에 선언한 2030년 국가 온실가스 감축과 2050년 탄소중립 실현을 위해서는 수소기술은 우리가 반드시 확보해야 할 전략기술로서, 정부가 적극 R&D를 지원할 계획”이라 말하며, “청정수소의 생산‧활용은 중장기적인 노력이 필요한 만큼, 정부가 산학연, 특히 지자체와 역량을 총 결집할 수 있도록 지속적으로 노력하겠다”고 밝혔다.