- 셰브론, 캐터필러, 필립스 66 등 미국 기업들의 수소 관련 투자 및 협력 확대 -

- 연구개발 통해 2050년 수소 생산비용 kg당 1.2~1.5달러 수준, 가격 경쟁력 확보 전망 -

미국은 에너지 강국이자 기술투자에 선도적이며, 향후 수소경제의 발판을 마련할 수 있는 기술 기반을 보유하고 있다. 세계 수소 시장이 빠르게 성장하고 있는 만큼 미국도 수소 혁신과 생산을 촉진하기 위한 움직임이 계속되고 있다. 수소 생산, 수송, 인프라 등에 대한 연구, 개발이 활발하며 기업 간 협력에도 적극적이다. 또한 미 정부는 수소경제를 위한 프로그램과 이니셔티브를 진행해 수소경제로의 전환을 지원하고 있다.

기후위기 해결의 솔루션 중 하나로 수소 활용 확대 예상

2021년 3월 31일 발표된 조 바이든 대통령의 미국 일자리 계획은 광범위한 프로젝트에 8년에 걸쳐 미국 인프라에 2조 달러를 지출할 것을 제안한 바 있다. 기후 위기를 해결하고 미국을 청정에너지 기술과 청정에너지 일자리에서 세계적인 리더가 될 수 있는 기술 발전을 목표로 해 수소, 탄소 포집과 저장, 해상 풍력, 전기 자동차 등에 대한 기술 연구개발에 350억 달러 투자를 계획했다. 4월 22일, 바이든 정부는 2030년까지 미국 온실가스 오염을 2005년 수준에서 50~52% 감소라는 새로운 탄소 배출 목표를 발표했으며, 재생 에너지에서 생산되는 수소 자원뿐만 아니라 탄소 포획 등 산업 과정에서 발생하는 탄소 오염을 해결책에 대한 내용을 포함했다.  

미국 에너지국(DOE)에 따르면 2018년 기준, 미국은 매년 전 세계 생산량의 14%, 약 1000만 톤의 수소를 생산하고 있으나, 미국의 기후 및 에너지 목표를 달성하기 위해서는 수소 생산을 크게 확대할 필요가 있다. 따라서 DOE는 미국의 수소 생산 능력을 2배에서 4배 늘리고 녹색 수소의 비용을 2배에서 3배 줄이는 것을 목표로 하고 있다. 이미 일부 수소 생산 시범사업을 착수했으며 데이터센터, 해상운송, 철강 제조, 대형차 등 다양한 수소의 최종 용도 시범사업을 추진 중이다.

수소경제로의 전환을 위한 미국 내 주요 기업 사례

셰브론

2021년 4월, 미국의 주요 오일 기업인 셰브론(Chevron U.S.A.)은 일본 자동차 기업인 도요타(Toyota Motor North America)와 수소 사업 개발을 위한 전략적 제휴관계를 맺는 양해각서(MOU)를 체결한 바 있다. 이를 통해 수소 인프라 개발을 지원하는 수소 관련 공공 정책 방안 협력, 연료전지 전기차에 대한 현재 및 미래 시장 수요 이해 및 수요에 대한 공급기회 탐색, 수소 동력 수송 및 저장 분야에서 공동 연구 개발 추진 기회 발굴 세 가지를 주요 전략적 우선순위로 정해 공동의 노력을 할 것이다. 7월에는 수소 인프라와 연료 전지 차량 개발을 위해 엔진 제조업체인 커민스(Cummins Inc.)와 MOU를 체결했다. 운송 및 산업용 탈탄산 솔루션으로서의 수소를 알리는 공공정책 추진, 수소로 구동되는 상업용 차량 및 산업용 응용에 대한 시장 수요 구축, 산업 및 연료 전지 차량용 수소 사용을 위한 인프라 개발, 커민스의 전해질 및 연료 전지 기술을 셰브론의 정유 시설에서 활용하는 기회 모색을 목표로 한다.

2021년 8월, 셰브론은 협력사들과 함께 모듈형 폐기물에서 생산한 녹색 수소* 및 재생 가능한 합성연료 시설 건설을 위해 와이오밍 소재 스타트업인 레이븐 SR(Raven SR)에 투자를 발표했다. 생산 시설은 캘리포니아 샌프란시스코 지역에 건설될 예정이며, 셰브론은 이를 통해 기존 수소 인프라를 보완하고 녹색 수소 기술을 개발할 수 있는 좋은 기회라고 밝혔다.

  주*: 녹색 수소: 재생에너지를 통해 생산된 전기로 물을 분해해 생산된 수소. 화석연료를 사용하지 않으며, 탄소 배출량이 0이기 때문에 친환경적임.

녹색 수소 생산 방법

자료: Solarthermalworld.org

2021년 9월, 셰브론은 미쓰비시파워아메리카(mitsubishi Power Americas)와 매그넘 개발(Magnum Development)의 합작 기업인 ACES 델타의 지분을 인수했다. ACES 델타는 미국 서부의 발전, 운송 및 산업용 녹색 수소를 유틸리티 규모로 생산, 저장 및 수송하는 프로젝트를 보유하고 있다. ACES 델타는 유타주 델타에 소재하며, 인접한 인터마운틴 발전소에서 그린 수소를 사용해 전기를 생산할 것이다. 향후 예상되는 사업으로는 다른 서부 지역으로의 녹색 수소 공급 확대, 지역 수소 생산, 운송 및 공급 네트워크를 구축하기 위한 수소 인프라 연결 건설을 포함한다.

캐터필러

2021년 9월 주요 건설기계 제조기업인 캐터필러(Caterpillar)와 셰브론은 운송 및 전력 응용 분야에서 수소 시연 프로젝트를 개발하기 위한 협력을 발표했다. 이를 통해 철도 및 해상 선박용 전통 연료의 대안으로 사용될 수소가 상업적으로 실행 가능할 대안이 될 수 있는지에 대한 실현 가능성과 성능을 확인하는 것을 목적으로 한다.

또한 2021년 말까지 완전 재생 가능한 녹색 수소를 포함한 100% 수소로 작동 가능한 Cat^® 발전기 세트를 제공하기 시작할 것이라고 발표했으며, 최대 25%의 수소와 혼합된 천연가스로 작동하도록 구성돼 있는 발전 솔루션을 출시할 계획이다. 

도미니언 에너지, 셈프라 에너지

도미니언 에너지(Dominion Energy), 셈프라 에너지(Sempra Energy) 등 20여 에너지 기업들은 에너지 전환 요구에 따라 기존 인프라를 활용한 수소 생산 및 천연가스 파이프를 활용한 수소 공급 가능성을 테스트하기 시작했다. 2200만 명의 소비자에게 가스를 공급하는 셈프라 에너지의 SoCalGas 유틸리티는 천연가스와 수소를 혼합 수송해 파이프와 기기 및 기타 장비에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위한 시험을 진행하고 있다. 도미니언 에너지도 유타주에서 이와 유사하게 5% 수소 혼합 천연가스 공급을 시험하고 있다. 결과가 성공적이면 100만 명 이상의 유타주 내 천연가스 소비자들에게 수소 혼합 천연가스를 공급할 계획이며, 노스캐롤라이나 등 다른 지역에서도 시험을 계획 중이다.

필립스 66

2021년 초 미국의 주요 오일 기업인 필립스 66(Phillips66)는 고성능 고체 산화물 연료 전지 개발을 위해 미국 에너지부(DOE)로부터 300만 달러의 보조금을 받았다. 수소와 전기 발전을 위한 저비용 고효율의 가역성 고체산화물 연료 전지 시스템의 상업성을 입증하기 위해 조지아 공대와 협력할 것이다.

코퍼스 크리스티 항, 하워드 미드스트림 에너지 파트너

텍사스 걸프만에 위치한 코퍼스 크리스티 항은 하워드 미드스트림 에너지 파트너(Howard Midstream Energy Partners, HEP)는 HEP의 자벨리나(Javelina) 정유시설을 지역 내 첫 번째 탄소 중립 수소 생산시설 전환 관련 MOU를 체결했다. HEP의 자벨리나 시설은 코퍼스 크리스티 항에 위치해 있으며 지역 내 모든 6개 정유소와 파이프라인으로 연결돼 있으며, 타 정제소의 폐가스로부터 하루에 약 6000만 입방피트 수소를 생산해 판매하고 있다. 2021년 8월 체결한 MOU에 따르면 HEP는 탄소 포획을 통해 지구 온난화에 기여하는 탄소의 대기 방출을 피할 계획이며 포획된 탄소의 저장, 활용 방법을 파악하기 위해 협력할 것이다.

수소경제 활성화를 위한 바이든 정부의 프로그램 및 이니셔티브

2020년 11월, 미국 DOE는 미국의 수소 기술 부흥을 위한 수소 프로그램 계획을 발표한 바 있다. 이 계획은 DOE 조직 내 에너지 효율 및 재생에너지국(Office of Energy Efficiency and Renewable Energy), 화석에너지국(Office of Fossil Energy), 원자력에너지국(Office of Nuclear Energy), 전기국(Office of Electricity), 과학(Office of Science) 및 에너지 고등연구원(Advanced Research Program Agency-Energry)에서 진행한 수소 관련 연구, 개발 결과를 통합해 경제 각 분야에 걸쳐 수소의 생산, 운송, 저장 및 사용을 촉진하는 전략적인 틀을 제공한다.

수소 프로그램에서는 무거운 하중이 수반되거나 더 빠른 급유 시간을 요구하는 장거리 대형 트럭이나 고중량물 운행 차량과 같이 전기 배터리 자동차보다 탈탄소화하기 어려운 부문에 수소 기술 개발과 적용을 우선순위로 두고 있다. 수소 연료 전지 기술 외에도 기존의 액체 연료 기반 인프라가 탄소를 제거하는데 사용될 수 있기 때문에 수소를 포함한 합성 연료의 생산도 중요하게 여기고 있다. 광대한 거리와 무거운 하중 때문에 탈탄소가 어려워 보이는 해양 부문에서 수소 운반선은 벙커 연료에 대한 대안이 될 수 있다. 또한 이 계획에서 DOE는 미국에서 수소 확장을 가능하게 할 기술 개발에 대한 노력을 강화할 것과 DOE 내부 및 산업, 학계, 각 주의 이해 관계자와 협력 중요성을 강조했다.

수소에 대해 현재 증가 중인 수요 및 미래 증가 수요

자료: DOE

2021년 7월, DOE는 보다 풍부하고 저렴하며 신뢰할 수 있는 청정에너지 솔루션 개발 가속을 위해 에너지 어스샷(Energy Earthshots) 이니셔티브를 시작했다. 10년 내 청정 수소 비용을 kg당 1달러로 절감하는 것을 목표로 하고 있다. 목표를 달성하면 미국이 기후 위기를 타개하는데 도움이 되고 2050년까지 탄소 배출량을 순제로화하는 목표에 더 빨리 도달하는 동시에 높은 급여의 일자리를 창출하고 경제를 성장시킬 것으로 기대하고 있다.

전망 및 시사점

수소가 수송, 산업용 공급 원료 및 에너지 저장에 한 축을 담당하게 될 것으로 많은 산업 관계자들이 전망하고 있다. 기업들은 친환경 대안으로 수소를 내세우고 있지만 여전히 높은 가격이 장애가 되고 있어 가격을 절감하기 위한 노력이 계속되고 있다. 녹색 수소는 현재 전통적인 생산 방식의 회색 수소에 비해 생산 비용이 2배 이상이기 때문에 전기 분해 기술의 발전, 재생 에너지 비용 감소 및 규모의 경제를 통해 생산 비용을 크게 줄이고 경제적으로 실행 가능한 해결책을 만들어야 하는 것이 당면 과제이다.

글로벌 컨설팅 기업 PwC의 보고서에 따르면 2030년까지 수소 생산 비용은 약 50% 감소할 것이고 이후에도 2050년까지 지속적으로 하락할 것으로 예상했다. 미국의 경우 2020년 1Kg 당 5.0~5.3달러였던 녹색 수소 생산 비용이 2050년에는 1.2~1.5달러 수준이 될 것으로 전망하고 있다. 세계적으로 녹색 수소 생산 비용은 낮아지는 가운데, 미국은 여전히 가격적인 면에서 경쟁력이 높은 수준일 것이다. 재생 에너지가 한정적인 한국, 일본 및 일부 유럽지역은 미국보다 생산 비용이 더 높기 때문에 녹색 수소 수입국이 될 것으로 보인다. 안정적인 수소의 생산과 공급을 위해서는 한국과 미국의 국제 협력 틀을 구축하고 수소 수·출입에 따른 공동 기술 개발 등에 대해 협력이 필요할 것이다.

국가별 녹색 수소 생산 비용 전망

(단위: US$/Kg)

자료: PwC(2021.3.)

오늘날 미국은 수소경제를 위해 미 연방 정부 주도로 프로그램과 이니셔티브를 진행하고 있다. 에너지 업계 한 전문가는 KOTRA 달라스 무역관과의 인터뷰에서 최근 DOE의 에너지 어스샷 이니셔티브는 수소 연구개발을 가속화하는데 도움이 될 수 있는 훌륭한 방향이라고 밝히며 수소 저장, 사용 및 운송에도 기술-경제적 목표를 가진 유사 프로그램이 필요할 것이라고 지적했다. 또한 바이든 행정부의 탄소 중립 계획의 일환으로 단기 이니셔티브가 추가될 수 있다고 예상했다.

 
자료: DOE, Port of Corpus Christi, Chevron, Wall Street Journal, SP Global, Reuters, E&E News, HK Law, Science Daily, KOTRA 달라스 무역관 자료 종합