이번 러시아-우크라이나 사태는 과도한 에너지 의존도가 국내 에너지 보안에 지정학적 위협이 될 수 있으며, 화석연료의 계속된 사용 또한 국가의 지속가능한 발전에 장애가 된다는 점을 깊이 상기시키고 있다. 이에 맞춰 유럽연합 내에서는 에너지 정책이 급변하고 있으며, 기존에 투자 중이던 재생에너지 분야에도 가속도가 붙고 있다. 재생 가능한 에너지의 중요성이 점점 커지며 수소에너지의 잠재성도 주목을 받는 가운데 최근 벨기에의 수소에너지 개발 정책과 투자 동향, 그리고 벨기에의 수소분야 혁신 프로젝트를 알아봤다.

벨기에의 수소 에너지 개발 및 투자 동향

오늘날 EU에서 사용되는 수소 중 재생가능한 전해조로 생산된 수소는 4%에 불과하다. 이를 해결하기 위해 EU 집행위원회는 지난 2020년, 투자 인센티브와 결합된 수소전략을 내세워 2020년부터 2050년까지 유럽의 전해조 생산량을 단계적으로 올리겠다는 계획을 발표했다. 벨기에 또한 벨기에 수소정책전략을 세워 수소 밸류체인에서 기술 개발의 선두로 나서겠다는 의지를 피력했으며 이에 따라 저탄소 수소생산, 탄소 포집 및 저장 활용, 녹색수소 생산, 수소기차 개발의 잠재성 등에 대한 조사와 개발이 진행되고 있다.

탈화석연료 움직임이 가속화되면서 수소는 미래의 친환경 에너지로 떠오르고 있다. 수소는 태웠을 때 거의 산소만 배출할 뿐 환경을 해하는 요소는 발생하지 않기 때문이다. 하지만 그렇다고 해서 모든 수소가 환경친화적인 것은 아니다. 수소는 생산 방법에 따라 회색, 청색, 녹색으로 분류되는데 회색은 화석연료를 사용해 생산된 수소를 의미하며, 청색은 화석연료로 생산됐으나 탄소포집저장을 사용해 탄소 배출을 줄이는 방식으로 생산된 수소, 녹색은 재생에너지만으로 생산된 수소를 말한다. 녹색수소는 물에 전기를 가해 수소와 산소를 생산할 때, 재생에너지를 통해 얻은 전기를 사용한다. 따라서 세 가지 수소 중 통상 녹색수소만을 기후중립적에너지로 분류하고 있다. 수소 생산 과정은 에너지 집약도가 높기 때문에 녹색수소를 생산하기 위해서는 충분한 양의 재생에너지가 필요하다. 따라서 대용량의 재생에너지를 생산할 수 있는지에 따라 국가별 수소산업 규모도 달라질 것으로 보인다.

벨기에는 태양력과 풍력을 재생에너지의 주요 원동력으로 삼으며, 해상풍력의 경우 유럽에서도 선두를 달리고 있다. 하지만 벨기에는 재생에너지를 설치할 수 있는 토지 면적이 제한적인데 그에 비해 에너지 수요가 높아 현재 재생에너지 역량으로는 화석연료를 대체할 수 있을 만큼 충분한 수소를 생산할 수 없는 한계를 가지고 있다. 벨기에는 이 한계를 고려해 수소에너지의 기술 개발 선도, 재생에너지 수입·운송의 허브 역할로 거듭나기 위해 투자·개발의 우선순위를 구성했으며 이를 효과적으로 실현하기 위해 근접국가와의 공동 프로젝트 등도 실행하고 있다.

기후·환경·에너지 연구소인 Wuppertal Institute에 따르면 벨기에는 재생에너지 운송 허브로서 기능할 수 있다는 분석이다. 벨기에의 주변국인 네덜란드, 독일, 프랑스 북부지역도 에너지 수요를 충당할 만큼의 재생에너지를 생산할 역량이 없는 상황이다. 이는 재생에너지 수입 수요로 이어지는데 이 때 벨기에가 재생에너지 운송의 허브 역할을 함으로써 주변 수입국에 에너지를 분배할 수 있다는 것이다. Wuppertal Institute는 벨기에가 보유한 북해 항만 인프라가 재생에너지 수입에 이점이 있다는 분석을 내놓았다. 여기서 한 발 더 나아가 수소 운송에 요구되는 인프라에 투자를 함으로써 서유럽의 수소에너지 허브로 자리 잡을 가능성이 있다고 설명한다.

벨기에는 이미 수소 운송을 위한 파이프라인 네트워크를 보유하고 있다. 정부는 2030년까지 산업지대와 주변국 항구와 연결하는 수소 네트워크를 건설할 계획이며 2026년에 첫 단계 시행을 앞두고 있다. 이외에도 민간기업이 참여하는 수소 산업 클러스터도 벨기에의 북부인 플랜더스 지역에 넓게 분포하고 있어 공공투자뿐만 아니라 민간투자도 활발히 성장할 것으로 보인다. 벨기에 수소기술 연구개발기관인 Waterstofnet의 대표는 무역관과의 인터뷰에서, “벨기에 플랜더스지역·네덜란드 남부지방에는 유럽 1, 2위 항구인 로테르담과 앤트워프 항구가 위치해 있으며 항구를 중심으로 화학·철강 등 청정수소 전환을 필요로 하는 주요 산업클러스터가 형성돼 있어 수소기술개발의 대규모 적용이 가능하다는 이점이 있다”며 벨기에가 북해 지역의 수소 발전 허브로 발전할 수 있는 가능성을 시사했다.

<벨기에의 수소 산업 클러스터 참여 회원사>

[자료: Waterstofnet]

녹색수소의 기반, P2G 풍력-수소발전 현황

P2G(Power to Gas)란 태양열·풍력발전과 같은 재생에너지의 잉여 전력을 사용해 수소를 생산하는 기술을 말한다. 이 기술은 오래 전부터 사용 논의가 되어 왔지만 들어가는 비용이 상당해 적용이 되지 않고 있던 상황이다. 하지만 지난 2021년 민간기업 컨소시움은 벨기에 북부 제브뤼헤(Zeebrugge) 지역에 해상풍력-수소발전을 위한 전해조 시설 허가를 신청했으며 이는 올해 승인될 것으로 전망하고 있다. 진행이 될 경우 벨기에에서는 산업 규모로는 첫 번째 수소 생산설비가 되는 것이다. 플랜더스 정부의 지원에 따라 최종 투자 결정이 내려질 것이라 알려졌으며, 지원금은 2,300만 유로정도이다.

해상풍이 풍부한 벨기에와 인접 북해 국가인 독일, 덴마크, 네덜란드는 지난 5월 해상풍력발전 증대 및 녹색수소 생산 협정을 체결했다. 이 협정은 해상풍력 발전량을 10배로 늘리는 것을 목적으로, 민간투자와 함께 1,350억 유로 규모이다. 해상풍력발전은 필요한 양보다 전력을 많이 생산하는 경우가 잦기 때문에 이 잉여전력을 이용해 수소도 생산할 수 있다는 것이 참여국의 설명이다. EU의 전해조 설비 확대 계획을 함께 고려했을 때 벨기에 및 북해 국가의 녹색 수소 산업은 단기간 내 빠른 성장을 할 수 있을 것으로 보인다.

혁신 프로젝트: 수소패널을 사용해 수소를 생산하는 SolHyd 프로젝트

2019년, 벨기에 KU Leuven 대학교의 Center for Surface Chemistry and Catalysis 연구팀은 10여 년에 걸친 연구 끝에 태양 에너지를 통해 대기 중 수증기를 수소가스로 전환시키는 기술을 발전시켰다.

태양광 패널처럼 생긴 수소패널의 길이는 1.65미터로 태양에너지의 수소가스 전환율이 세계 최고 수준인 15%이다. 일반 전기생산용 태양광 패널의 태양열-전기 전환율이 19%인 점을 감안하면 매우 효율적임을 알 수 있다.

[자료: SolHyd Project]

이 패널은 전기분해에 화석연료가 사용되지 않아 수소 생산과정에서 탄소 배출이 없다는 점, 생산된 에너지는 장기보관이 가능하다는 점이 큰 강점이다. 흐린 벨기에의 날씨를 고려하더라도 1년 내내 하루 평균 250리터의 수소를 생산할 수 있으며, 다른 종류의 가스를 생산하는 것 보다 훨씬 효율적이라 단열된 집에 패널을 20개 설치하는 것만으로 겨울을 나기에 충분한 열과 전기를 생산할 수 있다고 한다.

연구팀의 Martens 교수는 이 혁신적인 개발의 배경을 이렇게 설명한다. “시작을 위한 질문은 간단했다. 언제 어디서나 연료를 생산할 수 있는 방법은 무엇일까? 이 질문의 가장 직관적이고 논리적인 대답은 바로 공기, 그리고 공기가 포함하는 수분이다. 사막의 공기조차도 충분한 양의 수증기를 함유하고 있어 방법만 찾는다면 어느 곳에서도 연료를 얻을 수 있다. 수증기는 공기 중 산소, 질소, 아르곤 다음으로 네 번째로 풍부한 기체인데 이 수증기를 포착할 방법만 찾는다면 수소를 만들기 위해 분해할 수 있는 충분한 양의 물이 얻는 셈이다.”

이 패널의 장점은 가스 추출을 위해 일반적으로 사용되는 물이나 일반 전기분해 설비를 사용하지 않는다는 것이다. 물을 사용하지 않고 공기 중에서 수분을 얻는 것이 핵심인데, 연구팀은 이 과정을 효율적으로 만들기 위해 오랜 연구를 거쳤다고 한다.

또 하나의 장점은 생산 비용이 크지 않다는 것이다. 보통 태양광 PV를 제조할 때 실리콘 등의 희귀광물이 사용되어 현재와 같은 지정적 요인의 공급망 문제가 생길 경우 생산 비용에 차질이 생기게 된다. 하지만 희귀광물을 사용하지 않으면 이 문제를 해결할 수 있다. 연구팀은 현재 상용화를 위해 가정환경에서 시범 프로젝트를 진행 중이며, 건조한 지역에 적합성을 판단하기 위해 남아프리카 공화국에서도 테스트가 진행되고 있다. 2022년 말에는 생산 설비도 완료될 예정으로, 연간 약 5,000개의 패널을 생산할 수 있을 것으로 전망된다.

<수소패널 상용화 예시>

[자료: SolHyd Project]

현재는 SolHyd 프로젝트라는 이름으로 상용화 노력에 박차를 가하고 있으며, 매년 유럽 특허청에서 주관하는 2022년 유럽 발명가상의 연구부문 후보로 지명되기도 했다. 탈화석연료 시대가 빠르게 다가오는 지금, 재생에너지 혁신에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대 된다.

전망 및 시사점

벨기에는 제한적 토지면적을 지리적 이점으로 극복해 수소기술과 수소네트워크를 발전시켜 재생에너지 및 수소의 운송허브로 도약하는 것을 목표로 하고 있다. 전문가에 따르면 북해 항만 인프라를 기반으로, 재생에너지·수소 인프라 투자를 통해 서유럽의 수소에너지 허브로 자리 잡을 가능성이 충분히 있을 것으로 보이며 벨기에는 이를 현실화하기 위해 투자와 개발을 아끼지 않고 있다.

벨기에는 이미 수소 및 재생에너지 개발과 관련, EU의 회복·복원력 기금(RRF)으로 약 6억 유로를 배정받은 상태이다. 이 기금은 수소 운송 네트워크, 수소 산업 밸류체인, 저탄소 산업, 에너지 전환 플랫폼 연구, 재생가능 난방네트워크, 해상 에너지 섬 개발 프로젝트에 사용될 예정이다. 또한 EU의 최근 REPowerEU 에너지보안정책을 보아도 EU는 2030년까지 역내 수소의 생산·수입을 1,000만 톤 규모로 확대하는 동시에 각종 수소 프로젝트 추진을 위해 2억 유로를 추가로 배정하였다. 이를 고려하면 수소 산업 개발에 많은 투자가 될 것임을 알 수 있다. 결론적으로 벨기에 내의 수소개발은 지속적으로 확대될 전망이며, 국가적 연구개발지원에 힘입어 수소패널과 같은 혁신 개발도 활발히 이루어질 것으로 해석된다. 수소패널의 상용화와 함께 수소에너지 허브와 수소 기술의 강국으로 성장할 벨기에의 가능성이 주목된다.

해외 수소시장 진출을 목표로 하는 국내 기업들은 현지의 동향을 모니터링하고 현지 프로젝트 참여 기업과의 공동 연구 및 사업화 협력을 통한 진출 가능성을 고려해볼 수 있다.

자료: 벨기에 수소 전망 및 전략(2021.10), Waterstofnet, SolHyd Project, Hyoffwind 타당성조사보고서, KOTRA Global Market Report, 언론보도 종합, KOTRA 브뤼셀 무역관 자료 종합