1. 수소 경제를 향한 흐름
1) 한국판 뉴딜정책
최근 정부는 '한국판 뉴딜 정책'을 발표했습니다. 주요 골자는 2025년까지 총 사업비 160조원을 투자해 일자리 190만 1000개 창출을 목표합니다. 뉴딜 정책은 디지털 뉴딜, 그린 뉴딜, 안전망 강화로 나뉘어 집니다. 이중 그린 뉴딜에 해당하는 수소경제에 대해 알아보도록 하겠습니다.
2) 세계 수소경제 전망
수소경제는 세계적으로 많이 주목받고 있는 분야입니다. 주요 선진국들은 수소 경제를 선도하기 위해 생산, 운송 및 저장, 활용 등 수소 밸류체인 전 단계에서 기술적, 산업적 완성도를 높이기 위해 막대한 시간과 비용을 투자하고 있습니다.
이러한 흐름으로 2050년 전세계 에너지 수요의 약 20%를 수소가 담당할 것으로 예상하고 있습니다.
세계 흐름을 보면, 독일은 정부와 기업이 합작해 'H2 Mobility Industry Initiative'를 설립하고 2030년까지 수소전기차 180만 대, 수소충전소 1,000개소 보급을 목표하고 있습니다. 또한, 2030년까지 발전량 50%를 신재생 에너지로 충당하는 정책과 수소 경제를 융합한 정책을 추진하고 있습니다.
일본은 2014년 4월에 발표한 '에너지 기본계획'에서 수소 경제를 실현하는 수소 사회 실현을 목표하고 있습니다. 2030년까지 수소차 80만대 보급, 수소버스 1,200대 보급, 수소충전소 900개소 구축, 가정용 연료전지 530만 대 보급, 수소 발전단가 17엔/kWh로 단계별로 세부적인 목표를 추진하고 있습니다.
중국은 '중국제조 2025'를 통해 수소전기차 개발 및 보급을 국가 핵심 사업으로 선정했습ㄴ디ㅏ. 2030년까지 수소전기차 100만 대, 수소충전소 1,000개소를 구축할 예정입니다. 캐나다 발라드사와 기술합작을 통해 연간 5,000대 규모의 수소버스용 연료전지 공장을 구축했고, 현재 약 13개의 자동차 제조사가 수소버스를 비롯한 수소전기차 개발을 진행하고 있습니다.
3) 우리나라 수소경제 전망
우리나라의 수소 경제 활성화 로드맵을 살펴보면 전방위적인 영역을 바라보고 있습니다. '수소 경제 활성화 로드맵'에 따르면 우리나라는 수소전기차와 연료전지 기술을 양대 축으로 관련 기술 개발 및 보급을 이어나갈 예정입니다. 운송, 발전 분야에서 수소 소비를 가속화하고, 수소 대량 생산을 통해 경제성을 확보하는 동시에 해외 수소 공급망을 구축해 수소를 국내 에너지 시장에 안정적으로 도입할 계획이다.
현대자동차는 수소전기차 넥쏘를 출시하며 수소전기차 분야에 진출했습니다. 하지만 수소충전소 부족으로 보급률이 낮은 편입니다. 이처럼, 수소 경제는 초기 단계입니다. 지속적인 투자로 산업생태계 구축을 위한 노력이 필요한 시기입니다.
4) 사우디아라비아 수소경제 예시
사우디아라비아는 올해 7월 미 산업용 가스회사 에어프로덕츠와 손잡고 홍해에 인접한 도시 네옴(NEOM)에 대규모 그린수소·암모니아 생산공장을 짓기로 했습니다. 이번 사업에는 총 50억달러(약 5조9000억원)가 투입됩니다.
기술 프로세스를 살펴보면, 1. 풍력, 태양광을 이용해 전기를 생산합니다. 2. 생산된 전기로 전해조 기술을 적용해 수소를 생산합니다. 3. 공기 분리 유니트를 통해 질소를 생산합니다. 4. 수소와 질소를 결합해 암모니아를 만듭니다. *수소를 탱크로 운송하는 것은 어렵습니다. 그래서 암모니아 상태로 운송하게 됩니다. 5. 암모니아를 받아와 암모니아를 분해해 수소를 만듭니다. 6. 수소를 압축해 최종적으로 필요한 트럭이나 버스에 충전합니다.
암모니아를 생산하는 기업은 미국 에어 프로덕츠입니다. 독일 티센그룹의 수전해 기술을 활용합니다. 에어 프로덕츠는 공기를 분리해 질소를 생산합니다. 수소와 질소를 합성해 암모니아를 만듭니다. 친환경 암모니아 합성 기술은 덴마크의 할토톱스가 제공합니다. 다국적 기업의 수소기술이 사우디아라비아에서 합쳐지는 것입니다.
수소 사회는 수소를 생산하는 영역, 발전 영역, 사용하는 영역 등 하나의 사회를 구성해야 합니다. 현재는 수소를 이용한 운송, 발전, 난방으로 가고있습니다. 수소사회를 구성하는 것들을 전체적인 시각으로 보는게 중요합니다. 사우디아라비아 같이 수소를 생산하는 것에서 부터 사용한는 것 까지 수소를 어떻게 활용할지 구성하는 것이 중요합니다.
2. 발전용 연료전지 시장
1) 발전용 연료전지 개요
발전용 수소 연료전지 시장은 태양광, 풍력 등 신재생에너지 발전시설 중 설치 면적이 가장 작고 기후와 무관하게 안정적인 전력 공급이 가능하다는 장점 때문에 시장 전망이 밝습니다. 국내 발전용 연료전지 사업은 2040년까지 연평균 20% 이상 성장할 것으로 보입니다.
업계에 따르면 두산, SK, 포스코 등 주요 대기업들이 정부의 신재생에너지 공급 의무화(RPS)제도 강화와 수소경제 활성화와 맞물려 발전용 연료전지 시장 진출을 본격화하고 있습니다. 대형발전사업자들은 RPS에 따라 2023년까지 발전량의 10%를 신재생에너지로 충당하며, 2030년까지 28%로 확대해야 합니다. 연초 발표된 '수소경제 활성화 로드맵' 상 2040년까지 발전용 연료전지를 연평균 668MW(약 6조 7000억원)규모로 신규 설치해야 합니다.
발전용 연료전지는 공공 및 민간 발전사업자에게 연료전지 기자재를 공급하고 장기 유지보수서비스를 제공하는 산업입니다. 기술적 난이도가 높고 실증 및 상용화에 오랜 시간이 소요되어 진입 장벽이 높습니다. 또한 제품 경쟁력의 핵심인 기술 개발과 양산 시설 확보를 위해 지속적인 투자가 필요합니다. 현재 전 세계 소수 업체만이 원천기술 및 제조시설을 보유하고 있습니다.
연료전지는 경제적, 환경적 측면에서 긍정적 파급효과를 가지고 있는 산업입니다. 경제적 측면에서는 수소의 생산, 저장, 운송, 활용 등 밸류체인 전반에 걸쳐 다양한 연계 산업의 인프라 투자가 필요합니다. 고용 확대를 유발하여 수소경제로의 이행을 촉진할 것입니다. 환경적 측면에서는 온실가스 및 미세먼지, 질산화물, 환상화물 등 오염물질의 배출이 거의 없는 친환경 에너지원으로서 환경 개선에 기여할 것입니다.
연료전지는 전해질의 종류에 따라 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 고체산화물 연료전지 (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고분자전해질 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 등으로 분류되며, 각 연료전지는 고유의 특성에 따라 발전용, 가정/건물용, 수송용, 휴대용 등으로 분류되어 활용되고 있습니다.
2) 두산퓨얼셀, 포스코에너지, SK건설 각 기업의 개요
두산퓨얼셀은 2018년 세계 최대 부생수소 발전소(한화대산부생수소발전소)를 수주하는 등 시장 진입 후 3년 만인 지난해 처음으로 수주 1조원을 넘어섰고 2023년 매출 1조원을 달성할 계획이다. 두산퓨얼셀은 국내 누적 설치 기준(2015년 이후)으로 시장점유율 79%를 기록하고 있습니다.
한국퓨얼셀은 포스코에너지가 만성적자에 시달리던 연료전지 사업을 내실화하고 경쟁력을 강화하기 위해 지난해 물적분할을 통해 분사한 연료전지 전문자회사입니다.
포스코에너지 연료전지 부문은 국내 전체 연료전지 설비의 약 48%를 차지(에너지관리공단 신재생에너지 보급 통계 기준)할 정도로 비중이 크지만 2014년 품질 이슈(스택 결함)가 불거지며 수주난을 겪어 왔습니다. 2018년 말 기준 연료전지 부문 영업적자만 1062억원을 기록했습니다. 포스코 측은 “한국퓨얼셀은 신재생에너지 시장의 급성장에 맞춰 연료전지 전문 회사로 거듭날 계획”이라며 “미국 퓨얼셀에너지와 전략적 비즈니스 파트너십 강화로 다양한 분야로 사업영역을 확대할 방침”이라고 말했습니다.
SK건설은 지난해 9월 세계적인 연료전지 주기기 제작업체인 미국 블룸에너지와 고체산화물 연료전지(SOFC)의 국내 생산을 위한 합작법인(JVA)인 블룸SK퓨얼셀 설립을 위한 양해각서(MOU)를 체결한데 이어 현재 경북 구미 공장에서 생산설비를 설치 중입니다.
블룸SK퓨얼셀은 연내 양산을 목표로 하고 있으며, 생산규모는 연산 50MW로 시작해 앞으로 400MW까지 점진적으로 확대할 계획입니다.
3. 두산퓨얼셀
1) 제품 기술력
두산퓨얼셀은 PAFC 연료전지 기술로 발전용 연료전지 사업을 영위하고 있습니다. 기존 발전원 대비 발전용 연료전지의 특징 및 장점은 다음과 같습니다.
첫째, 고효율ㆍ고밀도 발전원입니다. 연료전지는 화학에너지를 직접 전기로 변환하는 방식입니다. 기존 화석연료 발전원 대비 전력 손실을 줄이고, 높은 발전효율을 얻을 수 있습니다. 또한 타 신재생에너지원과 비교시 소요 면적이 작고 자연 환경의 제약없이 안정적인 가동이 가능하다는 장점이 있습니다.
둘째, 친환경 발전원입니다. 연료전지는 연소과정이 없어 질소산화물 발생이 거의 없으며 연료의 황 성분은 장치 내에서 모두 제거되도록 설계되어 있습니다. 또한 높은 발전 효율을 바탕으로 CO2 배출량을 줄일 수 있으며, 별도의 운동 에너지가 필요치 않아 소음 및 분진의 피해가 거의 없습니다. 향후 수소기술의 개발로 그린수소의 생산이 일반화될 경우, 연료전지는 오염물질이 전혀 배출되지 않는 에너지 설비로써 활용될 것으로 기대됩니다.
셋째, 분산형 전원에 적합합니다. 연료전지는 최종 소비자 인접지에 설치하여 전력과 열을 공급할 수 있는 고효율 친환경 에너지원입니다. 기존 에너지원 대비 송전 및 변전 과정에서 발생하는 전력 손실이 없고 송변전 설비의 설치로 인해 발생하는 경제적ㆍ사회적 비용을 줄일 수 있습니다.
두산퓨얼셀이 제작ㆍ공급하는 PAFC 연료전지는 상용화가 검증된 안정된 기술로 높은 발전/열 복합효율(90%)을 구현하여 국내 발전용 연료전지 시장을 선도하고 있습니다. 특히 발생열을 지역난방, 냉동창고, 온천, 스마트팜 등 열원이 필요한 곳에 활용할 수 있고, NG, LPG, 수소 등 다양한 연료를 활용할 수 있는 제품 Line-up을 보유하고 있어 지역의 연료사용 특성에 맞는 연료전지 공급이 가능합니다. 또한 상대적으로 작동온도가 낮은 저온형 연료전지로 핵심 부품의 장기간(10년) 수명 보증이 가능하고, 재료의 선택이 자유로워 제품의 가격 경쟁력이 높다는 장점이 있습니다.
2) 진출 시장 및 설치 수
두산퓨얼셀은 UTC社 아폴로 우주선에 연료전지를 설치한 이래로 국내 및 해외 전역에 440kW 발전용 연료전지를 공급하고 있습니다. 2018년 세계 최대 부생수소 발전소(한화대산부생수소발전소)를 수주하는 등 시장 진입 후 3년 만인 지난해 처음으로 수주 1조원을 넘어섰고 2023년 매출 1조원을 달성할 계획입니다. 두산퓨얼셀은 국내 누적 설치 기준(2015년 이후)으로 시장점유율 79%를 기록하고 있습니다.
대산수소연료전지발전소는 두산퓨얼셀에서 만든 440kW급 M400, 114대가 설치되었습니다. 이 발전소의 전력 생산량은 50MW급입니다. 하루 9만 가구가 사용하는 전력을 공급할 수 있습니다. 이곳은 순수하게 수소를 이용해 발전하는 연료전지 발전소는 세계최초입니다.
M400은 부생수소를 연료로 합니다. M400은 발전소에서 부생수소를 공급받아 작동합니다. 발전소급 규모로 연료전지를 활용하는 데는 안정성과 내구성이 가장 중요합니다. M400은 '인산'을 전해질로 하여 안정성과 내구성에 큰 역할을 합니다. 인산은 안정도가 높고 낮은 온도에서 반응해 저온 연료전지를 가능하게 하기 때문입니다.
영국 시장
- 설치 중 : 1.2MW (3 대)
- 주요 적용 대상
대한민국 시장
- 가동 중 : 293.94MW (669 대)
- 설치 중 : 139.92MW (318 대)
- 주요 적용 대상 : 시설물(Utilities)
미국 시장
- 가동 중 : 37MW (89 대)
- 설치 중 : 35.4MW (77 대)
- 주요 적용 대상
두산 관계자는 “발전용 수소 연료전지는 컨테이너 한 개 정도로 시작해서 계속 붙여나가는 구조로 비교적 설치면적이 작아 양산설비 비용이 적은 게 장점”이라며 “성장성이 높은 만큼 두산퓨얼셀은 앞으로도 공장 증설, 사업 영역 확대 등을 공격적으로 펼치며 시장에 대응해 나갈 계획”이라고 밝혔습니다.
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정부는 에너지원의 다양화, 에너지의 안정적인 공급 및 환경친화적인 에너지 구조로의 전환 등을 목적으로 신재생에너지 사업을 육성하고 있습니다. 특히 신재생에너지 공급의무화제도(RPS) 등 보급활성화 정책으로 시장 형성과 인프라 구축을 유도하고 있습니다. 따라서 두산퓨얼셀은 안정적이고 공급처를 확보하고 있는 셈입니다.
더욱 중요한 것은 발전소 등 연료전지를 설치 및 공급 경험이 쌓이는 점입니다. 수소 연료전지 시장은 이제 발전하고 있습니다. 두산퓨얼셀이 이러한 경험을 지속적으로 쌓아가면 해외수주를 따올 가능성이 높아집니다. 수소경제 산업은 꾸준히 증가할 전망이기에 재생에너지 사업이 꾸준히 진행되는 한 두산퓨얼셀의 발전 가능성도 높을 것으로 예상합니다.
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감사합니다.
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