[작성] 딜로이트 안진회계법인 A&A ESG 그룹 김병삼 파트너

지난 2021년 우리나라는 탄소중립을 선언하고 2050 탄소중립 추진 전략을 발표했다. 우리나라 정부에서 발표한 탄소중립 시나리오에서는 2050년 전동화(Electrification) 시대를 가정하여 전력수요를 1,166.5~1,213.7TW로 전망했다. 2050년 전력 믹스는 재생에너지 70.8%, 무탄소가스발전 21.4%,원자력 6.1%,연료전지 1.4%, 부생가스 0.3%(A안기준)로 수소가 차지하는 비율은 전체 전력믹스의 22.8%를 차지한다. 수소기반 무탄소 전원은 재생에너지 중심의 전력 믹스에서 유연성을 담보하는 자원으로 매우 중요한 역할을 하게 된다.

 

하지만, 그린수소 생산기술, 수소 터빈 기술 등은 현재 R&D 중에 있어 미래의 에너지를 담당할 그린수소의 안정적 공급을 위해서는 현시점에서 미래 청정 수소시장을 전망해보고 시사점을 찾아볼 필요가 있다. 이에 본 편에서는 딜로이트에서 발간한 ‘그린수소(Green Hydrogen): 넷제로(Net Zero) 실현 가속화 동인’ 보고서를 기반으로 청정수소 시장을 고찰해보고 정책적 시사점을 점검해보고자 한다.

 

정부와 기업 그리고 연구소 등 전 세계 각계 각층에서 탄소중립 달성을 위한 노력으로 에너지 전환 속도를 높이고 있다. 지구 평균 기온 상승폭을 산업화 이전 대비 2.0℃보다 낮은 수준으로 유지하고, 1.5℃까지 제한하기로 한 파리협정의 이행과 점검의 시간이 다가오면서, 화석 연료에 의존한 기존 발전 시스템을 재생에너지와 같은 저탄소 에너지원으로 전환하는 것이 필수적인 상황이다.

 

저탄소 에너지원으로 재생에너지를 활용한 전 산업의 ‘전기화’(Electrification)가 근본적인 대안일 수 있다. 하지만 고온가열 공정이 요구되는 중공업과 제품 원료 조달을 담당하는 교통 및 중대형 화물 운송 분야까지 도입하기에는 실질적으로 많은 장애물이 상존한다. 더욱이 완벽한 탄소감축 수단으로 태양광, 풍력 등을 활용한 전기화가 발전 단가 하락으로 확장세를 보인다하더라도, 에너지원의 가변성(variability)과 송·배전 네트워크 안정성(Network Stabilization) 등의 문제를 해소해야 한다.

 

청정수소(Clean Hydrogen)는 이 모든 장애와 문제를 해소하는 대안기술로서 그 혁신성과 잠재력을 인정받고 있다. 수소는 연료전지의 연료로 산소와 화학반응을 일으켜 전기 에너지 생산에 직접적으로 기여하는 다용도 분자(versatile molecule)이기도 하지만, 간접적으로 에너지 유도체로 활용되어 수소에 질소(N) 또는 탄소(C)를 첨가해 암모니아(NH3), 메탄올(CH3OH) 및 지속가능항공연료(SAF) 등과 같은 연료를 만들 수도 있다.

 

하지만 현재 대부분의 수소는 천연가스 개질과 석탄 가스화로 생산되고 있는데, 이는 탄소집약적 공법으로 연간 1기가 톤(Gt) 이상의 이산화탄소(CO2)를 배출하고 있다. 그래서 수소가 실질적으로 활용되기 위해서는 수소 생산 시 발생하는 탄소 배출량 저감 방안과 대규모의 새로운 잠재 수요처의 발굴이 요구된다. 그래서 재생에너지를 이용한 수전해 장치로 생산되는 그린수소와 천연가스 개질 과정에서 발생한 탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS) 기술로 제거해 생산한 블루수소가 가장 유망하고 지속가능한 기술로 평가받고 있는 이유이다. 그리고 그린수소와 블루수소는 청정수소로서 재생에너지와 함께 탄소중립 실현의 핵심 수단으로 인식되고 그 중요성이 점차 커지고 있다. 딜로이트는 가까운 미래에 탄소중립의 실현과 포괄적인 청정수소경제의 출현을 전망하고 탐색했다. 그 결과로 청정수소 경제 규모는 2030년에 연 6,420억 달러(830조 원)에서 2050년에는 연 1조 4,000억 달러(1,810조 원)까지 꾸준한 성장세를 보이며, 기후중립(climate neutrality)에 이르는 중요한 이정표가 될 것으로 전망했다.

* 2050년에 그린수소는 전체 수소의 85%를, 그리고 세계 수소교역량의 20%를 각각 차지할 것으로 예상된다.

 

2050년 기후중립 달성을 위해서 청정수소의 생산규모가 2030년 1억 7,000만 메트릭 톤(MtH2eq)에 이어 2050년 6억 메트릭 톤까지 증가할 것으로 전망된다. 초기에는 기존 산업에서 탄소배출 저감 목적으로 일찍부터 수소를 활용하는 산업에서 수요가 발생할 것이며, 비료 생산 분야에서 수소 수요(9,500만 메트릭 톤)가 크게
증가할 것으로 전망된다. 이후 본격적인 넷제로로 전환 과정에서 탈탄소를 위한 다양한 해법으로서의 수소의 역할과 그 실효성이 입증되면서, 빠른 수요의 증가를 견인할 것으로 예측하고 있다.

 

청정수소의 수요는 2050년까지 철강, 화학, 시멘트 등과 같이 고온가열 등의 필수 공정이 수반되는 산업 부문에서 42%를, 그리고 항공, 해운, 도로 등 교통 및 수송 부문에서 36%를 각각 점유할 것으로 보인다. 그리고 청정수소는 수소의 신규 수요처 발굴뿐만 아니라 탄소배출 저감에도 크게 기여하는 것으로 나타났다. 누적 배출량 기준 2050년까지 최대 85기가 이산화탄소환산톤(GtCO2eq)까지 저감할 수 있는 것으로 분석되고 있는데, 이 수치는 2021년 기준 전세계 이산화탄소 배출량의 2배 이상에 해당한다.

 

하지만 청정수소의 공급망은 아직 미성숙한 단계에 있으며, 30년도 채 되지 않는 기간 내에 새로운 산업을 현실화하는 일은 전례 없는 인류의 도전이 될 것이다.

 

딜로이트의 전망에 따르면 손익분기 도달 시점을 암모니아(NH3)는 2030년, 메탄올(CH3OH)은 2045년 그리고 지속가능항공연료(SAF)는 2050년으로 보고 있다. 동시에 그린수소 또한 자립 성장을 거듭할 것으로 전망하고 있으며, 2050년을 시장 성숙 단계 진입 시기로 예측하고 있다. 본 단계 진입 시 공급 역량의 증가와 신규 수요처의 확대로 수소 가격 결정을 현물시장이 주도할 것으로 예상되며, 가격 탄력성이 개선되면서 지리적 우위에 있는 국가들은 국가 핵심산업으로 투자를 늘려갈 강력한 이유를 가지게 될 것이다.

 

딜로이트에서는 청정수소(그린수소와 블루수소)의 시장 침투율을 전망했다. 그 결과 2050년에 그린수소는 공급 주도의 성장으로 전체 수소 시장의 85%(최소 500 MtH2eq)를 점유할 것으로 전망했다. 반면에 블루수소는 초기 수요 형성에 기여하고, 나아가 중동, 북아프리카, 북미, 호주와 같이 천연가스 자원의 활용이 가능한 지역에서의 수소경제 형성을 촉진할 것으로 예측했다. 하지만 블루수소는 2040년에 약 1억 2,500만 메트릭 톤(MtH2eq)으로 생산량 최고점(공급의 30%)을 찍은 후, 메탄 및 이산화탄소 배출 규제 강화로 인해 그린수소로 대체될 것으로 예측된다.

 

2050년까지 중동·북아프리카·북미·호주 지역은 전체 수소 생산량의 약 45%, 전체 수소 무역량의 90%를 차지할 것이다. 북아프리카(44 MtH2eq)·호주(16 MtH2eq)가 수출 잠재력이 높아 자국내 수요량보다 수출량이 더 클 것으로 예측되고, 북미(24 MtH2eq)·중동(13 MtH2eq) 지역이 뒤를 이어 상당한 수출 잠재력을 보일 것이다. 남미와 사하라 이남 아프리카 지역 또한 수소 무역에 적극적으로 참여해 전체 수소 무역량의 약 10%를 점유할 것으로 전망된다. 한편 한국·일본의 경우 2030년부터 2050년까지 수소 수요량의 90%를 수입에 의존할 것으로 보이며, 유럽·중국·인도는 상당한 규모의 수소 생산 역량을 보유하겠지만 이행 과정에서는 수소 수입에 의존할 가능성이 높은 것으로 분석되고 있다.

딜로이트는 2050년 넷제로 달성에 이르기까지 세계 수소 공급망 전반에 약 9조 달러(약 1경 1,643조 원) 이상의 투자가 필요하고, 이때 신흥국가에서도 약 3.1조 달러(3,881조 원)의 투자가 수반될 것으로 예측하고 있다. 투자 규모로 볼 때 상당한 금액이지만, 실제로 해당기간 연평균 투자액은 2022년 전 세계 석유 및 가스 생산에 실제 투자된 4,170억 달러(539조 원)로 보다 작은 수치다. 만약 정부와 기업이 석유 및 가스 생산에 투입된 자본을 청정 수소 생산에 투입한다면 수소 공급망 구축으로 넷제로 달성은 충분히 실현가능할 것으로 보인다.

 

청정수소 경제 실현과 확대 그리고 기후중립 달성을 위한 에너지 전환은 필연적인 과정이다. 현 시점에서 전 세계 탄소배출량의 88%를 배출하고 있는 140개국 이상의 정부는 국가적 과제로 넷제로 목표를 채택한 바 있다. 그러나 발표된 청정수소 프로젝트를 기준으로 2030년까지 수소 생산능력은 총 4,400만 메트릭 톤(MtH2eq)으로 예측되는데, 이는 해당 기간 내 청정수소 수요 예측량의 1/4에 불과한 수준이다. 청정수소는 넷제로 추진 과정에서 나름의 역할을 담당한다. 각국 정부가 이를 인지하고 있다면, 초기 프로젝트가 경쟁력을 가지면서 시장에 진입하고 규모의 경제를 이룩할 때까지 선별적인 정책 지원이 필요한 시점이다.

 

정부 정책 결정자들은 청정수소 경제 추진에 앞서 국가적인 전략과 지역 차원의 계획을 면밀히 수립해야 한다. 국가 전략과 연계하여 수립된 계획은 실행 과정의 투명성과 결과의 신뢰성을 담보할 수 있기 때문이다. 그리고 청정 수소 사업 추진 시 요구되는 청정수소의 생산, 처리 운송 등과 관련 절차와 기준에 대한 견고한 인증 체계와 프로세스가 필요하다. 이는 청정수소의 생산 과정이나 특성에 대한 명확하고 신뢰할 수 있는 정보 제공으로 관련 이해 관계자들에게 신속하고 올바른 의사결정을 지원할 수 있다. 또한 특정 기술에 종속되는 상황을 피하고 사업 투명성 확보를 위해 반드시 필요한 요소이다.

 

정부 관계자들은 청정수소에 대한 정책적 지원을 추진해야 한다(예: 법적 의무 조항, 직접 보조금, 탄소 가격 차이 보전 계약, 재정 인센티브, 정부 보증, 수소 기반 제품에 대한 목표 설정 및 시장 창출 등). 정책적 지원으로 화석연료 대신 청정수소 도입으로 발생하는 비용 차이를 보전해 줄 수 있다. 독일의 H2Global 프로젝트와 같은 장기 공급 계약체계(Offtake Mechanism)는 프로젝트 리스크를 완화하고, 판매가격과 수요처의 지불의사 가격 사이의 격차를 해소하며 가격 안정성 또한 강화할 수 있다.

 

국가 차원의 전략은 시장 팽창 과정에서 고비용 병목 현상을 방지하고 시장 탄력성을 강화하기 위해 거래 파트너부터 장비 및 원자재 공급업체까지 가치 사슬 전반에 걸쳐 다각화를 목표로 해야 한다. 청정수소 상품 운송을 위한 인프라 설계(파이프라인 및 해양 도로)와 저장(전략적 비축)에 대한 광범위한 정부의 지원 또한 필요하다. 더 나아가 정부는 지역 통합을 촉진하기 위해 에너지, 기후 및 개발 정책 간 시너지를 강화하기 위한 국제적인 협력을 확대해 나가야 한다.

 

청정 수소 시장의 출현은 공급망의 각 단계에서 기회와 도전이 수반된다. 탄소중립을 달성하려면 현재의 수소 공급을 탈탄소화할 뿐만 아니라 에너지 전환에 필수적인 새로운 용도를 충당하기 위해 규모를 6배 이상 확대해야 한다. 이를 위해서는 연료전지, 수소환원제철, 지속가능항공연료 등과 같은 전례 없는 기술 개발과 함께 전해조, 태양광패널, 풍력터빈 등의 제조 역량 향상 그리고 생산, 운송 및 저장 설비 등과 같은 기반시설의 확대 구축과 병행해 새로운 공급망 구축과 글로벌 수소 무역이 요구된다.

 

2050년 탄소중립 목표에 대해 혹자들은 비현실적인 목표라고 평가한다. 목표는 현실적으로 달성가능한 수치를 목표로 설정하지는 않는다. 다소 비현실적인 목표 또는 지구의 위기는 그간 우리 인류의 행동의 동인이 되어 인류의 발전을 도모해왔다. 청정수소의 향후 시장 전망을 감안한 공급망의 투자와 선점이 시급한 시점이다.