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2050년, 우리가 만날 수소 사회의 모습은 어떨까?

수소 사회로의 진입이 머지 않았다. 세계적인 컨설팅 기업 맥킨지의 수소 관련 보고서 'Hydrogen meets digital'을 통해 그 모습을 살펴봤다.
HMG저널 작성일자2019.01.24. | 2,947  view

신재생에너지를 비롯한 여러 친환경 에너지 산업이 점차 상업화에 성공하고 있다. 친환경 에너지의 표본으로 평가받는 수소에너지는 어떨까? 수소에너지 산업은 다른 친환경 에너지 산업에 비해 아직 성장 단계에 놓여있는 것이 사실이다. 그럼에도 수소는 전례없이 높은 성장 가능성으로 인해 머지않아 한국뿐만 아니라 글로벌 에너지 변화의 핵심축이 될 것으로 전망된다.

지난 1월 17일, 문재인 대통령은 울산을 찾아 수소 사회로 진입의 중요성에 대해 역설했다. 세계 최초로 수소전기차 양산에 성공하고, 연료전지 분야에서도 앞서가는 등 기술력에서 우위에 있는 우리나라가 지속적으로 수소 경제를 선도해 나가기 위해선 더욱 적극적으로 대응해야 한다는 것. 이 발표에서 문재인 대통령은 수소 경제로의 빠른 전환을 위해 정부가 선도적으로 제도의 정비, 핵심기술과 원천기술의 국산화 및 상용화, 수소 생산 및 저장, 운송 방식의 다양화, 수소전기차의 확대보급, 수소충전소 설치 등을 지원해 나가겠다고 밝혔다.

점차 현실화되고 있는 수소 사회. 그 실제 모습은 어떨까, 또 어떤 효과를 낳을까. 맥킨지가 발표한 ‘Hydrogen meets digital’을 통해 2050년 수소 사회의 모습을 살펴본다.

한국의 2015 ~ 2050 수소 비전

2015년 기준, 국내 수소 사용량은 약 240만 톤이다. 수소의 대부분은 산업용 원료로 사용되며, 극히 일부가 발전 분야에서 소비되고 있다. 맥킨지가 전망한 2050년 국내 수소 사용량은 약 1,690만 톤에 달한다. 2015년 대비 사용량이 약 7배 늘어나는 것. 이는 연간 최종 에너지 수요의 약 21% 규모로 2050년이면 국내에서 사용되는 에너지의 약 21%를 수소에너지에 의존하게 될 것으로 예상된다. 

한국의 2015 ~ 2050 수소 비전, 부문별 수소 사용량

수소는 발전, 수송, 산업, 건물 부문에서 에너지원으로, 그리고 산업용 원료로써 기존 수요에 더해 새로운 산업 부문까지 광범위하게 사용될 것으로 전망된다.

국내는 현재 총 발전량의 60%를 화석 연료로 충당하고 있는데, 탈탄소 및 탈원전 정책에 따라 향후 수소를 활용한 발전 시스템이 대안이 될 것으로 예상된다. 특히 우리나라는 이미 수소 연료전지 발전 상용화에 성공했고, 여기 더해 수소 터빈 발전까지 도입된다면 2050년 국가 전체 발전량의 약 10%에 해당하는 전력을 생산할 수 있을 것으로 추정된다.

막대한 열 에너지를 소비하고 그에 상응하는 탄소를 배출하는 산업 부문 역시 시류에 따라 점차 친환경 에너지로의 전환이 이뤄질 것으로 예상된다. 국립환경과학원의 2015년 보고에 따르면 산업 부문은 막대한 온실가스를 배출하는 것은 물론 황산화물도 가장 많이 배출한다. 산업용 열 연료의 수소 전환이 이뤄질 경우 이런 환경 문제도 해결될 것으로 전망된다.

수소는 현재 천연가스 및 전기에 의존하고 있는 건물 에너지 사용도 대처할 수 있는 에너지원이다. 특히 건물 난방을 위해서는 여전히 절반 이상이 화석 에너지에 의존하고 있는데, 대안으로 제시되고 있는 건물 지붕 태양광 발전 등은 국내 환경 여건상 가능성이 제한적이다. 하지만 건물용 연료전지에 수소를 사용하게 되면 효율 높은 난방용 열과 전력을 동시에 공급할 수 있다. 수소 인프라 구축 및 수소 가격 하락을 가정할 때, 향후 경제성 충분한 에너지원이 될 수 있을 것으로 기대된다.

배터리와 수소 연료전지 시스템 비용 비교

발전, 산업, 건물, 산업용 원료 등 모든 부문이 강력한 수소 수요 잠재력을 갖고 있지만, 수송 부문에서는 특히 높은 수요가 발생할 것으로 기대된다. 수소 연료전지 시스템은 트럭, 버스, 상업용 차량 등 에너지 소비가 많고 이용률이 높은 차량에서 배터리 파워트레인보다 효율이 높다. 

예를 들면 800Km 이상을 운행하는 장거리 운행 트럭의 경우 수소탱크의 높은 에너지 저장 밀도 덕분에 배터리 대비 약 2.5배 가벼워질 수 있고, 이로 인해 더 많은 짐을 싣고도 먼 거리를 주행할 수 있다. 반면 장거리 운행 트럭이 배터리를 쓴다고 가정하면, 에너지를 저장하기 위해 배터리 수를 늘리는 방법밖에 없는데 이는 비용과 효율 측면에서 한계가 있다.

뿐만 아니라 수소 연료전지 시스템의 경우 배터리를 충전하는 것보다 빠른 시간 안에 연료를 채워 넣을 수 있다. 이는 개별 차량에도 장점이지만 더 적은 수의 충전소로 많은 차량을 충전할 수 있다는 점에서 공간 확보의 이점도 있다. 일반적으로 수소 충전소 한곳이 전기차 충전소 약 15곳을 대체할 수 있을 것으로 예상되기 때문이다. 

승용차 역시 비슷한 이점을 누릴 수 있다. 현재의 수소 연료전지 시스템 도입 비용은 중형차와 대형차 등에서 더 효과적이지만, 지속적인 기술개발과 이에 따른 비용 감축이 이뤄진다면 향후 소형차에서도 수소 연료전지 시스템은 매력적인 옵션이 될 수 있다.

수소전기차 비전과 수송 부문 상업화 시점

수소전기차로의 전환은 시내주행 버스 및 수소 택시 등 공적 구매로 시작되어 이후 상업용 차량으로 이어질 것으로 보인다. 이후 수소 인프라 구축 및 시장 규모가 성장하면 다른 차량들도 점차 수소전기차로 전환될 것으로 예상된다. 2050년이면 국내에는 수소를 사용하는 약 700만 대의 승용차(승합차 및 소형상용차 포함)와 약 100만 대의 버스 및 트럭이 운용될 것으로 예상된다. 새로운 운송수단 및 드론과 같은 UAV(무인항공기, Unmanned aerial vehicles) 등도 수소에너지를 활용하게 될 전망이다. 총 800만 대의 수소전기차 및 새로운 수송 수단이 연간 소비하는 수소의 총량은 540만 톤 규모다.

2050년 수소 산업의 경제효과

발전, 수송, 건물, 산업 및 산업용 원료 부문이 수소 기반 경제로 이동하면 국내 기준으로만 약 70조 원의 경제효과를 발생할 것으로 전망된다. 수소 생산부터 최종 수요까지 신성장 동력이 개발되고, 이에 따른 고용 효과는 약 60만 개의 일자리 창출로 나타날 것으로 보인다. 나아가 글로벌 차원에서 보면 수소 관련 시장은 2050년까지 약 2,500조 원 규모로 성장할 것으로 보인다. 우리나라는 수소전기차를 세계 최초로 양산하는 등 수송 부문에 있어 선도적 기술을 갖고 있는데, 글로벌 수소 시장이 성장함에 따라 2050년까지 수소전기차 부문에서만 연 매출 25조 원 이상을 달성할 수 있을 것으로 기대된다.

2050년 수소에너지 사용의 온실가스 감축 효과

수소에너지의 장점은 경제적 효과뿐 아니라 궁극적으로 친환경 에너지라는 것이다. 그렇다면 수소 관련 기술의 발전과 시장의 성장은 환경에 어떤 영향을 미칠까? 2050년 기준, 국내는 수소에너지 사용으로 인해 약 1.5억 톤 수준의 이산화탄소를 저감할 수 있을 것으로 예상된다. 이를 전 세계로 확장해서 생각해보면 수소에너지 사용만으로 지구 전체에 거대한 숲을 조성하는 효과가 발생하는 셈이다. 그뿐만 아니라 수소 연료전지를 활용한 수송 수단이 많아질수록 미세먼지 같은 직접 체감 가능한 환경 문제도 해소할 수 있을 것으로 기대된다.

결국 수소 사회로의 진입은 선택의 문제가 아니라 시점의 문제다. 수소는 잠재력 높은 친환경 에너지원이고, 이를 눈치 챈 세계 각 국가와 글로벌 기업들의 관심도 높아지고 있다. 그리고 지금 대한민국은 이 수소에너지 기술에서 가장 앞서 있다. 국가와 사회의 적극적인 관심이 이어진다면 대한민국이 수소 사회를 이끄는 리더가 될 수 있을 것이다. 이는 수소의 환경적, 경제적 이익을 우리가 가장 먼저 선점할 수 있다는 뜻이기도 하다. 

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