미국은 바이든 정부 출범 이후 2035년까지 전력 부문에서의 탄소 무배출(Carbon pollution-free) 달성을 거쳐 2050년까지 궁극적으로 ‘넷제로(Net-Zero)‘에 도달하는 목표를 수립하고 전방위적 지원에 앞장서고 있다. 특히 탄소배출이 없는 청정수소에 주목하며, 2021년 6월 ‘수소 에너지 어스샷(Energy Earthshots-Hydrogen shot)’을 통해 청정수소 생산비용을 10년 안에 1㎏당 1달러로 낮추는 ‘1·1·1’ 목표를 수립했다. 같은 해 통과된 인프라법(IIJA)에서는 지역수소허브 4개소 구축에 80억 달러, 수전해 기술에 10억 달러, 청정수소 개발생〮산운〮송저〮장 프로젝트 연구 및 실증에 5억 달러를 책정하며 수소경제 구축을 위한 대규모 정책 지원을 공식 선언했다. 뒤이은 2022년 인플레이션감축법(이하 ‘IRA’)을 통해서는 청정수소 생산, 투자에 대한 세액공제 및 인센티브 지원과 동시에 탄소포집·저장·활용기술(이하 ‘CCUS’)에 대한 혜택을 확대하며 수소 생태계 전반의 민간 참여를 적극 촉진하고 있다. 이처럼 에너지 전환을 위한 미국의 실질적인 노력이 가속화되는 가운데, 지난 6월 미국 에너지부(DOE, Department of Energy)는 ‘국가 청정수소 전략 및 로드맵’을 발표하며 본격적인 청정수소 생태계 구축을 위한 청사진을 발표한 바 있다.

청정수소, 넷제로 도달을 위한 필수 과제

청정수소(Clean Hydrogen)는 재생가능(Renewable), 원자력 에너지를 활용한 전기분해 방식 또는 바이오매스를 활용해 생산됐거나 화석연료로 생산됐지만 그 과정 중 배출된 탄소가 포집 및 저장돼 배출량이 상당수 제거된 수소를 말한다. 미국 청정수소표준(Clean Hydrogen Production Standard, CHPS)에 의하면, 수소 1㎏ 생산 시 4㎏ 미만의 이산화탄소가 배출된 경우 청정수소로 정의되며, 이는 생산부터 출하까지 전 과정을 포함하는 ‘Well-to-gate’ 기준으로, 생산 현장에서 발생되는 탄소 배출량을 기준으로 할 경우 수소 1㎏ 생산 시 이산화탄소 배출량 2㎏ 미만을 기준으로 한다.

수소는 또한 생산방식에 따라 색상으로 구분되는데 석유화학, 철강 제련 공정 중 부산물로 나온 부생수소나 천연가스를 통해 추출한 추출수소를 그레이(Grey)수소로 정의하며, 이와 같은 부생수소나 추출수소는 생산된 수소양보다 약 10배에 달하는 이산화탄소가 배출되기 때문에 청정수소 범위에 포함되지 않지만, CCUS 기술과 결합돼 이산화탄소가 현저히 제거돼 블루(Blue)수소화될 경우 앞서 언급한 배출량 기준에 의거해 청정수소로 정의될 수 있다. 한편, 태양광, 풍력, 수력발전 등 재생에너지를 기반으로 수전해 방식으로 생산된 수소는 그린(Green)수소로 구분되며, 그린수소는 생산 과정 중 배출되는 이산화탄소가 없기 때문에 탄소중립을 위해 더욱 활성화돼야 할 생산 유형이지만 현재까지는 높은 비용으로 인해 상용화가 어려운 실정이다. 하지만 2022년 말 통과 된 IRA는 그린수소 생산에 1㎏당 최대 3달러의 생산세액공제(Section 45V Produce Tax Credit)와 고용 규모에 따른 투자 세액 공제를 약속했는데, 이는 민간의 그린수소 분야 투자 확대를 더욱 촉진시키는 계기가 됐다. 에너지 리서치회사인 리스타드에너지(Rystad Energy)에 따르면, IRA 이전 거의 전무했던 미국의 그린수소 생산량은, IRA를 기점으로 대폭 확대돼 2030년에는 약 300만 톤 규모에 달할 것으로 전망된다.

<2030년까지의 미국 그린수소 생산량 전망>

[자료: Rystad Energy, FT]

미국 정부의 청정수소경제 청사진, ‘국가 청정수소 전략 및 로드맵’ 발표

지난 6월 5일 미국 에너지부(DOE)는 미국 내 수소 생산운〮송저〮장사〮용에 대한 현황과 청정수소경제 진입을 위한 중장기 전략을 담은 ‘국가 청정수소 전략 및 로드맵’을 발표했다. 로드맵은 2050년 탄소중립 달성을 위해 청정수소 생산, 공급망 전반의 비용 감축을 통한 생산량 증대와 수소 생산 지역 네트워크 강화를 주요 골자로 하며 구체적으로 2030년까지 연간 1000만 톤, 2040년까지 연간 2000만 톤, 2050년까지 연간 5000만 톤 청정수소의 국내 생산 달성과 2030년까지 청정수소 인프라 및 엔지니어링, 생산, 원자재 공급망 등 가치사슬 전반에서 10만 개의 직간접적 신규 일자리 창출을 목표로 한다.

<미국의 청정수소 활성화를 위한 지원 주요 내용>

[자료: U.S. DOE, Power Magazine]

미국의 청정수소에 대한 향후 행보는 하기 세 가지 기본 전략에 근거해 실현될 것으로 전망되는데 구체적으로 △ 탈탄소화가 어려운 분야에서의 청정수소 사용 적극 확대, △ 수소 최종 가격의 대폭 감축을 통한 ‘1·1·1’ 목표 실현, △ 수요 인접 지역에서의 대규모 허브 및 저장, 운송 인프라 구축을 통한 지역 네트워크 강화를 들 수 있으며 단기적으로는 수소 지게차, 중장비, 청정 암모니아 생산 등 분야에서 도입을 시작으로 수소환원기술 도입을 통한 철강 생산, 발전, 소형 선박 운송 등 분야에서의 도입을 거쳐 장기적으로는 시멘트, 메탄올, PTL(Power-to-Liquid)를 통한 친환경 연료 생산 등에도 도입될 수 있을 것으로 보인다.

美 기업들, 청정수소 프로젝트 적극 추진

이와 같은 정책적 지원에 힘입어 미국 기업들은 미국 전역에서 청정수소 생산에서부터 최종 사용에 이르기까지 청정수소 생태계 전반에서의 각종 프로젝트 개발에 적극 참여하고 있으며, 특히 미국 내 대형 유틸리티 기업들의 풍력·수력·태양광 등 신재생에너지 발전과 연계한 그린수소 생산 및 이를 사용한 수소 발전 프로젝트가 더욱 활성화될 것으로 전망된다.

<미국 내 주요 청정수소 및 연계 프로젝트 세부 현황>

[자료: U.S. DOE, 국내외 자료 종합]

<미국 내 계획 된 청정수소 프로젝트 분포>

[자료: U.S. DOE]

2022년 말 기준, 미국 내 발표된 청정수소 생산 프로젝트가 2030년까지 최종 투자·건설·시운전을 완료할 경우 미국의 연간 청정수소 생산량은 에너지부 목표를 초과하는 1200만 톤에 달할 것으로 추정되나 이 중 대부분의 프로젝트는 아직 최종 투자 결정을 기다리고 있어, 장기적이고 안정적인 오프테이크(Off-take)* 계약 확보가 이들 프로젝트 실현에 결정적인 요인으로 작용할 것으로 보인다.

    주*: 생산되는 산출량의 특정 지분을 장기로 구매하는 계약

시사점

현재 미국에서 수소는 정유나 철강, 석유화학 및 비료 생산을 위한 암모니아 생산 공정에서 활용되는데 사실상 현재 산업용으로 소비되는 수소의 대부분은 화석 연료(주로 천연가스)를 통해 생산되기 때문에 청정수소 경제로의 전환은 이러한 ‘탄소 다배출’ 산업의 탄소 배출량을 줄이는데 상당한 잠재력이 있을 것으로 전망된다. 그밖에 탄소배출이 많은 (장거리) 운송 분야에서 수소연료전지를 통해 트럭이나 항공 연료를 대체할 수 있을 뿐 아니라 수소 연료전지 발전소에 활용돼 화석연료를 대체하는 발전 수단으로 사용될 수도 있다.

<탈탄소화 실현을 위한 청정수소 활용 구도>

[자료: U.S. DOE]

현재까지 청정수소는 비교적 높은 비용으로 인한 경제성 문제로 화석연료를 완전히 대체할 수 있다고 말할 수 없지만, 미국 정부의 청정수소 가치사슬 전반에 대한 적극적인 투자와 지원책을 통해 수전해 방식의 그린수소 생산 기술 및 재생에너지, 탄소 포집 연계 블루수소 생산 프로젝트 등이 더욱 활성화될 것으로 전망된다. 이에, 우리 기업들은 미국 청정수소 기술 개발 동향 및 관련 정책에 대한 적극적인 모니터링 및 꾸준한 기술 개발을 통해 미드다〮운스트림 분야, 특히 수소 저장운〮송 및 연료전지, 충전소 관련 틈새시장을 모색하는 한편, 아직 초기 단계에 불과하지만 캘리포니아주를 시작으로 점차 확대될 것으로 전망되는 수소 모빌리티 시장 진출을 위해 유통, 물류, 유지보〮수 등 수소 생태 전반에서 관련 현지 기업과의 네트워크 및 협력관계 구축이 필요할 것으로 보인다.

자료: IEA, Reuters, U.S. DOE, Rystad Energy, Power Magazine, Financial Times, KOTRA 달라스 무역관 자료 종합