세계의 기업들, 수소사회 실현 위한 논의 본격화
세계의 기업들, 수소사회 실현 위한 논의 본격화
  • 김상욱 대기자
  • 승인 2021.06.28 17:50
  • 댓글 0
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회색 수소와 블루 수소의 제조업체가 어떻게 녹색 수소로 전환할 수 있을지에 대해 생각해 보는 것도 좋을 것이다. 이를 완수하려면, 안정적이고 충분한 재생 에너지의 공급이 필요하게 된다. (일러스트 : 현대자동차그룹)
회색 수소와 블루 수소의 제조업체가 어떻게 녹색 수소로 전환할 수 있을지에 대해 생각해 보는 것도 좋을 것이다. 이를 완수하려면, 안정적이고 충분한 재생 에너지의 공급이 필요하게 된다. (일러스트 : 현대자동차그룹)

파리기후변화협정을 비롯해 오는 2050년이면 세계의 상당수의 국가들이 탄소중립(carbon neutral)을 실현으로 이산화탄소 배출 제로(zero)를 선언하고, 그 목표를 향해 나아가고 있는 가운데, 세계의 많은기업들이 CO2 배출을 전혀 하지 않는 수소에너지 도입 분위기가 달구어지고 있다.

세계 최초로 수소연료에 의한 자동차를 개발한 한국의 현대자동차를 비롯 수소 생산에 적극적으로 뛰어들고 있는 호주 등 세계 유수한 국가들과 기업들이 수소 제조방법, 운송방법 등에 대한 언급이 많아지면서 수소사회를 향한 발걸음이 점차 빨라지고 있다.

미국의 대형 산업가스회사인 에어프로덕츠 앤드 케미컬즈 (Air Products & Chemicals Inc)20207월 사우디아라비아에 세계 최대 규모의 녹색수소 Green Hydrogen-재생 가능에너지로 물을 전기분해하여 제조하는 수소)” 플랜트를 건설할 계획을 발표했다. 총 공사비는 70억 달러(79,100억 원)의 이 사우디 플랜트(공장)에서는 하루 버스 20,000대분의 수소를 제조할 수 있는 것으로 알려졌다.

이는 세계 각국에서 진행되고 있는 200개 이상의 수소 프로젝트 가운데 하나이다. 에너지 화학 전력업체들은 세계의 탈탄소(脫炭素, decarbonization)를 지탱하는 수소제조 플랜트 건설에 각축을 벌이고 있다. 이들 기업들의 간부들은 지금 수소사회 실현을 위한 인프라 정비를 활발하게 논의하고 있다.

수소의 제조 플랜트를 포함하여 최종 사용자에 까지 효율적이고 안전하게 수소를 반하는 수단을 제공해야 하고, 이것에 대한 쉽고 충분한 설명이 곁들여져야 한다. 20211~3(1분기) 중에 각 기업들의 결산 보고서에서 수소의 유통과 관련한 언급을 한 수가 과거 최고에 이르는 등 수소사회를 향해 기업들이 얼마나 깊고 폭넓은 관심을 보이고 있는지를 알 수 있다.

천연가스를 개질(改質, reforming)한 회색수소나 천연가스에 의해 생성된 이산화탄소(CO2)를 회수 저장하는 블루 수소(Blue Hydrogen : 원자력발전을 통해 생산된 전력을 이용하여 생산한 수소)에 대한 언급도 급증했다.

기업 간부들이 왜 수소 사회의 이러한 뒤얽힌 요소에 주목하고 있는지에 대해서 분석한다.

* 왜 수소의 유통이 주목받고 있는 것일까?

수소 프로젝트에 3000억 달러(3389,100억 원) 이상의 자금이 투입되고, 각국 정부의 지원도 높아지고 있는 가운데 각 회사는 수소 제조 확대와 다음 단계 검토에 나서고 있다.

* 수소 운반 (hydrogen transportation)

세계 각국에서 수백 개의 수소제조 플랜트가 개발되고 있음에 따라 수소 수송 인프라를 대폭 확충할 필요성이 생길 것이다. 수소의 운반에는 액체냐 기체냐에 따라 특유의 틀이 필요하다.

액화수소는 초저온에서 보관해야 하기 때문에 수소 수송망에는 단열 트럭, 선박, 액체와 기체의 수소용 단열 파이프라인 등이 필요하다. 수소를 트럭이나 선박으로 수송하는 것은 일반적이지만, 각 회사는 이를 어떻게 안전하게 파이프라인으로 옮길지 여전히 해결에 열중하고 있다.

영국의 송전 대기업인 내셔널·그리드(National Grid)202011월의 결산 회견에서, 영국에서 파이프라인의 수소에의 반응을 테스트하고 있다고 밝혔다. 연구에서는 수소가 철제 파이프라인(steel pipeline)의 강도(强度, strength)를 낮출 가능성이 제시됐다.

주유소처럼 수소를 충전할 수 있는 수소 충전소(hydrogen station)도 늘어나고 있다. 이것은 미국의 신흥 강자로 떠오른 니콜라(Nicola)나 독일 다임러(Daimler-Benz AG) 등의 연료 전지 트럭을 지지하게 된다. 예를 들어, 에어 프로덕츠는 이번에 한국 울산의 산업 가스 시설에 수소 충전소를 개설했다.

* 녹색 수소(Green Hydrogen)와 연결되는 수소

많은 플랜트 건설 계획이 발표되고 있지만, 대부분의 플랜트의 가동은 빨라야 2020년대 중반이 된다 .이에 따라 현재 수소를 활용하는 정유사나 비료 업체들은 그동안 블루 수소(blue hydrogen)나 회색 수소(grey hydrogen : 화석연료를 이용해 생산하는 수소)를 사용하게 된다.

현재 제조되는 수소의 대부분을 차지하는 회색 수소는 천연가스를 개질해 제조해 CO2를 배출한다. 이에 비해 블루수소는 화석연료가 유래이지만 생성된 CO2를 회수·저장한다.

산업가스 대기업인 프랑스 에어·리퀴드(Air Liquide)의 브노와 포트제에 최고경영책임자(CEO)20207~9월기(3분기)의 결산 회견에서, 수소의 이행에 대해 이렇게 말했다.

출발점은 매우 싸고 경쟁력이 높은 현재의 천연가스에서 유래된 수소이다. 이를 재생에너지로부터 유래된 수소와 서서히 혼합하면서 청정수소(clean hydrogen)’라고 부르는 저탄소 수소로 이행해 나갈 필요가 있다. 중요한 것은 수소를 최종적으로 청정하는 것이며 이는 점차 실현될 것이다."

게다가 에어 프로덕츠와 에어 리퀴드 등 수소 제조업체는 용도에 따라 최적의 형태가 다르기 때문에, 여러 개의 압축된 형태의 수소를 제조하고 있다. 압축 수소는 특히 장거리 수송에 적합하다.

장거리 수송에 가장 적합한 세 가지 수소의 형태는 액화수소, 액체유기수소 캐리어(LOHC), 암모니아(NH3). 이들 형태는 제조할 때 쓰는 연료에 따라 회색(grey), 파란색(Blue), 녹색(Green)이 된다.

특히 이용이 늘고 있는 것이 암모니아다. 20211~3월기의 결산 회견에서 암모니아에 대해 언급된 회수는 5년만의 수준에 이르렀다. 미국 비료 대기업의 CF 인더스트리스나 네덜란드의 대기업 화학기업 OCI (암모니아를 원재료로 사용하는) 전형적인 비료 메이커는 기존 공장을 활용해(재생 에너지에의 이행에 따라) 그레이, 블루, 그린의 암모니아를 제조할 수 있다.

* 어느 기업이 결산 회견에서 수소의 수송이나 연결 수소를 말하고 있는가?

CB 인사이트의 결산 회견 기록의 검색 엔진을 활용해, 2020년 중반 이후의 결산 회견에서 이 화제에 발언을 한 12사를 가려냈다고 일본의 니혼게이자이 신문이 28일 보도했다.

수소의 수송과 녹색 수소에 선행하는 형태에 대해 논의를 한 기업은 에너지, 화학, 산업 기계, 유통 등 산업계 전반에 이르렀다.

에어프로덕츠 앤 케미컬즈 (Air Products & Chemicals, 산업 가스)

수소사회로의 이행은 이제 대대적으로 추진되고 있으며 회색수소, 블루수소, 녹색수소 순으로 진행될 것이다. 현재는 이른바 블루 수소에 대한 수요가 크다.

발라드 파워 시스템스(Ballad Power Systems, 캐나다, 연료전지)

발라드 파워 시스템스는 20211~3월기, 대형차 전용의 액화수소의 저장과 기화 방지책을 짜내기 위해, 기체를 차게 해 액화하는 장치를 다루는 미 차트·인더스트리즈(Chart Industires Inc)와의 양해각서(MOU)에 서명했다. 액화수소는 에너지 밀도가 높아 대형버스, 장거리 트럭, 철도, 선박 등 대형 차량 요건에 가장 광범위하게 대응하는 강력한 해결책이 될 수 있다.

영국 석유(BP, 에너지)

BP는 영국에서 최대의 블루 수소 제조 시설을 개발할 계획도 발표했다. 2030년에는 1기가와트(gigawatt) 규모의 수소 제조를 목표로 한다. 이 프로젝트는 BP 수소사업의 중요한 단계가 될 것이며, 영국 정부의 기후변화 대응 10개 항 계획에 크게 기여할 것이다.

차트 인더스트리즈 (Chart Industries Inc, 기체를 식혀 액화하는 장치 제조)

수소의 최종 사용자와 공급업자의 수요가 있기 때문에, 거기에 재빠르게 공급, 수송해 줄 필요가 있다. 이런 수요는 회사의 수소 수송관 수주 상황뿐만 아니라 시세에서도 드러난다.

미 체서피크 유틸리티즈(Chesapeake Utilities, 다양한 에너지의 공급)

실제로 수소를 제조해 블루 수소나 회색이 아닌 녹색수소를 파이프라인에 압입해 운반할 수 있도록 하는 점에 관해서는, 그리고 이것이 풍력이나 태양광 발전에서 유래하는가에 관해서는 당사도 상당히 관심이 있다.

미국 커민스(Cummins, 엔진, 파워트레인 메이커)

이러한(에너지) 이행 대책은 중요하다. 탈탄소 대책은 궁지에서 탈출할 수 있는 최종 수단이기 때문이다. 무엇보다, 난관은 코스트(cost 원가)면과 전기 자동차(EV)나 연료 전지자동차의 대대적인 인프라 정비가 필요하게 되는 점이다. 이 회사는 메이커와 제휴해 이러한 코스트와 인프라를 정비할 수 있다고 확신하고 있지만, 경제 기반이 필요하게 될 것이다. 이를 달성하려면 정부의 투자도 필요하다.

미국 플로서브 (Flowserve, 산업기계)

이번 에너지 이행은 진짜라고 생각한다. 세계 각국의 정치 사회적 압력만 본다면 달라질 것이라고 생각하지 않는다. 따라서 이것이 어떤 과정을 거쳤으며 수소가 얼마나 큰 역할로 그린(수소)과 블루(수소)가 얼마나 다른지는 정확히 알 수 없다. 이 모든 것은 머지않아 밝혀질 것이다.

에어 리퀴드 (Aie Liquide, 프랑스, 산업가스)

이 회사의 최고의 기회는 제조기술뿐 아니라 수소봉입, 유통기술, 공급망(supply-chai 전반도 습득하는 것이다. 이 회사가 이 사업에서 기량을 닦을 수 있는 것은 이러한 분야다. 이를 통해 수소의 안전성과 안정성, 경쟁력을 높이겠다는 것이다.

내셔널 그리드 (National Grid, 송배전)

이 회사는 기존 송배전망에 혼합수소와 100% 수소 중 어느 것을 넣는지, 철이나 조인트, 다른 장치에 어떤 반응이 있는지, 그것을 완전히 전용하려면 어떻게 해야 하는지를 진정으로 이해하기 위해 영국과 미국 양국에서 상당한 시간을 보내고 있다.

OCI (네덜란드, 비료, 화학)

원료 공급의 탈탄소화는 이 회사의 고객이 자사의 탈탄소화로 혜택을 얻을 수 있는 주된 수단의 하나가 되어, 고객이 자사의 목표를 달성하는 중요한 수단이 될 것이다. 이 회사가 전략적으로 미국 텍사스 주에 두고 있는(메탄올, 암모니아 제조시설) OCI보몬트는 여기에 더 적합하다. OCI 보몬트는 미국의 블루나 녹색 암모니아 고객사의 최대 거점이나 그럴 가능성이 있다.

미국 플러그 파워 (Plu Power, 연료전지)

애초에는 그린 수소의 대부분은 액화해 수송되겠지만, 머지않아 제조 현장에 저장하는 온사이트(on site)형이 증가할 것이다. 그 중 일부는 현재의 천연가스와 마찬가지로 지하에 매우 장기간 저장될 것이다. 최종적으로는 파이프라인 근처에 플랜트를 건설하면, 천연가스의 파이프라인에 수소를 직접 넣을 수 있게 될 것이다. 이 회사는 이미 이에 대해 검토하고 있다.

시벡 (Seeback, 캐나다, 재생가능·저탄소 가스)

수소 충전소에서는 수소 온 사이트 제조와 스테이션(station)까지 수소를 운반 받는 두 가지 옵션이 있다. 예를 들어 하루 500kg 미만의 수소 스테이션에서는 온 사이트 수소제조 시스템을 갖게 될 것이다. 이는 일시적일 수 있지만 하루 500kg이라면 그 자리에서 제조하는 게 좋다.

이 같이 세계의 각 기업들의 간부가 다양한 구상을 하고 있지만, 수소 가치사슬(Value Chain)은 아직 초기 단계에 불과하다.

수소의 유통 이노베이션(innovation, 기술 혁신) 가속을 중시한 기업 제휴를 향후에도 점검해둘 필요가 있다. 발라드 파워 시스템스와 차트 인더스트리는 최근 대형차용 액화수소 저장방안을 공동 개발하는 양해각서에 서명했다.

에어 프로덕츠나 차트·인더스트리즈, 내셔널·그리드 등 산업 가스나 전력, 송배전 회사에 의한 수소 파이프라인이나 저장의 테스트의 발표에도 주목해야 한다. 성공한 테스트나 실증실험은 광범위한 수소 인프라 구축의 실마리일 수 있기 때문이다.

또 회색 수소와 블루 수소의 제조업체가 어떻게 녹색 수소로 전환할 수 있을지에 대해 생각해 보는 것도 좋을 것이다. 이를 완수하려면, 안정적이고 충분한 재생 에너지의 공급이 필요하게 된다. 예를 들면, CF 인더스트리스는 20214월 미국 루이지애나 주 도널드슨 빌딩에 있는 기존의 복합 시설에 그린 수소를 제조하기 위한 전기분해 플랜트를 신설, 철강과 기계 대기업인 독일 티센 크루프와 합의했다.

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