미국을 비롯한 전 세계 국가들이 그린 뉴딜, 즉 지속 가능한 성장을 위한 해법으로 수소 경제로의 전환을 추진하고 있다. 새로운 친환경 에너지원을 발굴해 에너지 패러다임의 변화를 일으켜 양질의 일자리를 창출하며 기후변화, 환경오염을 방지하는 것이 그린 뉴딜의 궁극적인 목표인데 현재 가장 주목하고 있는 새로운 친환경 에너지원은 수소다.

지역적 편중이 적은 보편적 에너지원이며, 장기간 많은 용량을 저장할 수 있다는 특징 덕분이다. 무엇보다 수소는 산소와의 화학 반응으로 전기를 생산한 이후 생성하는 부산물이 물 밖에 없으므로 친환경적이라는 것이 가장 큰 장점이다.

미국 수소시장 현황

미국은 1992년 미국의 ‘에너지 정책법(Energy Policy Act)’을 제정하며 수소에 대한 정책을 입법화하는 등 일찍부터 수소경제의 가능성에 주목했다. 이후 기업들로 구성된 전국 단위 민간단체인 연료전지 및 수소에너지협회(Fuel Cell and Hydrogen Energy Association, FCHEA)가 2010년에 조성돼 2020년 ‘미국 수소경제로의 로드맵’을 통해 연간 7500억 달러 수익과 340만 개 일자리 창출을 목표로 2050년까지의 수소 경제 구축을 위한 정책을 제안했다. BMW, 도요타, 보쉬, 퓨어셀 등이 참여하고 있다.

또한, 미국 정부는 민관 협력단체인 H2USA를 2013년 조직해 수소 경제로의 이행을 위해 ‘H2@Scale’ 프로젝트를 2019년에 발표했다. 이 프로젝트는 2050년 탄소중립 목표를 이행하고 경제를 활성화하는 전략으로 수소산업을 집중적으로 육성하는 것이 핵심이다. 미국의 수소 정책은 캘리포니아주가 가장 적극적으로 추진하고 있다. 캘리포니아는 민관 협력단체 CaFCP(California Fuel Cell Partnership)를 결성하고 2004년부터 수소 고속도로(Hydrogen Highway) 사업을 통해 충전소 보급을 확산해왔으며 그 결과 2019년 기준 북미 지역 수소 충전소의 65%가 캘리포니아에 소재해 있다. 또한, 캘리포니아 포함 11개 주에서는 환경오염, 배출량, 주행거리 등을 고려해 자동차 제조사에 벌금을 부과하는 ZEV(Zero Emission Vehicle) 크레딧 제도를 통해 수소차 확산을 촉진하고 있다.

2023년 6월 5일 미국 정부는 기후 변화에 대응하기 위한 미국 최초의 ‘국가 청정 수소 전략과 로드맵(U.S. National Clean Hydrogen Strategy and Roadmap)’을 발표했다. 미국은 청정 수소 생산 수요가 2030년까지 1000만 미터톤(MMT), 2040년까지 연간 2000만 미터톤, 2050년까지 연간 5000만 미터톤에 이를 것으로 보고 인플레이션 감축법(IRA)을 통해 수소 생산량 1kg당 3달러의 세액 공제를 해주고 수소 관련 투자에 대해서는 투자액의 최대 30%를 세액 공제해 준다. 초당적 인프라 투자 및 일자리 법안(IIJA)을 통해 청정 수소에 대한 95억 달러 투자 내용을 담았다. 청정 수소 관련 95억 달러는 지역 청정 수소 허브 구축에 80억 달러, 전해(electrolysis) 기술연구·개발 지원에 10억 달러, 제조 및 재활용 연구·개발 지원에 5억 달러 지원을 추진하고 있어 수소 시장이 본격 확대될 것으로 예상된다.

발 빠르게 뛰는 미국 수소 스타트업들

미국 스타트업의 경우 신기술을 개발함으로써 수소산업의 기반 기술을 보다 탄탄히 하고 있다. 다른 기업들보다 조금이라도 빨리 시장 선점을 위해 핵심기술의 연구개발(R&D), 투자유치, 시장 확대에 박차를 가하고 있다.

미국의 대표 수소 스타트업인 메인스프링에너지(Mainspring Energy)는 주차 공간 크기의 중형 발전 설비에서 바이오 가스 또는 수소로 전기를 발생시키는 기술을 개발함으로써 세계적인 에너지 기업인 넥스트에라에너지(Next Era Energy)와 1억5000만 달러의 계약을 체결하는 등 성과를 거두고 있다.

<메인스프링 에너지가 개발한 친환경 발전기>

[자료: 메인스프링에너지 홈페이지]

미국의 모놀리스(Monolith)는 청록 수소 분야 선도기업으로, 청록 수소 생산에 핵심 기술인 열분해 기술력과 전 세계에서 유일하게 상업화 단계에 접어든 공정기술을 갖추고 있다. 천연가스를 열분해해 수소와 고체탄소를 생산하며, 이산화탄소가 발생하지 않는다. 청록 수소 생산 과정에서 함께 생산되는 고체탄소는 타이어의 주성분인 카본블랙, 제철용 코크스 등으로 사용된다. 카본블랙은 탄소 감축이 필요한 타이어 업계를 중심으로 최근 수요가 증가하고 있으며, 코크스는 제철소의 제선 공정에서 환원제 및 연료로 사용할 수 있어 고체 탄소 시장의 확대가 기대되고 있다. 모놀리스는 2022년 SK로부터 2500만 달러의 투자를 유치했다. 이에 미국 에너지부(DOE)로부터 10억 달러(약 1조3260억 원) 규모의 성장 자금 대출 약정서를 체결, 굿이어를 포함한 타이어사들과 카본블랙 판매 협약을 맺는 등 사업 확장을 본격화하고 있다.

<모놀리스 청록수소 생산시설>

[자료: 모놀리스 홈페이지]

수소 경제 밸류체인

수소 밸류 체인은 수소의 생산, 저장, 운송, 충전, 활용으로 구분한다.

1) 수소 생산: 수소는 생산 과정에서 이산화탄소의 배출 여부에 따라 그레이 수소, 블루 수소, 그린 수소로 구분한다. 그레이 수소는 화석 연료를 활용해 생산한 수소를 말하며, 생산 과정에서 이산화탄소가 발생한다. 블루 수소는 그레이 수소 생산 시 배출되는 이산화탄소를 포집, 생산한 수소를 뜻하며 그린 수소는 신재생에너지를 에너지원으로 물을 전기 분해하여 얻는 수소로 이산화탄소 배출이 없다. 업계에서는 단기적으로는 생산 비용이 비교적 저렴하고 이산화탄소 배출량도 적은 블루 수소 생산량을 늘리고 장기적으로는 인프라 구축을 통해 친환경 그린 수소 생산으로 완전히 전환하는 것이 바람직하다고 보고 있다.

2) 저장 및 운송: 수소 저장은 압력과 온도의 변화를 통해 기체, 액체 등 수소의 물리적 형태를 바꿔 저장하는 방식과 다른 물질을 첨가해 액상 유기화합물(Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC)로 변환해 저장하는 방식으로 구분한다. 수소 운송 방법은 수소의 저장 형태에 따라 달라진다. 기체 상태의 수소는 튜브트레일러 또는 파이프라인을 통해 운송한다. 수소 튜브트레일러는 장거리 운송에 적합하고 파이프라인은 단거리 또는 특정 지역 내 운송에 적합하다. 액화수소 또는 암모니아는 탱크로리(Tank Lorry, 각종 액체 물질을 운반하기 위한 목적으로 제작된 트럭)를 통해 운송할 수 있다. 국가 간의 이동과 같은 대용량 장거리 운송을 위한 방안으로는 수소를 암모니아로 화학 변환해 LPG 선박을 통해 운송하는 방식이 주로 사용되고 있다. 암모니아로 운송할 경우 다시 수소로 변환하는 과정을 거쳐야 하므로 장기적으로는 대형 액화수소 운반선의 개발이 필요할 것으로 예상된다.

3) 수소 충전: 수소충전소는 중앙 공급 방식의 오프 사이트(Off-Site)와 현장 공급 방식의 온 사이트(On-Site)로 구분된다. 오프 사이트 충전소는 파이프라인을 통해 수소 생산지에서 충전소까지 수소를 공급하는 방식과 튜브트레일러를 통해 수소를 공급받는 방식이 있다. 온 사이트(On-Site) 충전소는 현장 공급 방식으로 충전소 자체적으로 수소를 생산한다. 기존 천연가스 공급 파이프라인을 활용한 천연가스 개질 수소를 생산하는 방식과 심야 전기에너지를 활용한 수전해 수소 생산 방식이 있다.

4) 수소 활용: 수소는 운송, 산업, 건물, 발전 등 다양한 분야에서 활용된다. 운송에 사용되는 수소는 연료전지를 통해 전기에너지로 변환해 동력에 사용하는데 자동차를 비롯해 선박, 기차, 비행기, 드론 등 다양한 운송 수단의 에너지원으로 사용할 수 있다. 실제로 수소를 활용한 운송 수단은 우리나라를 비롯해 전 세계적으로 이미 개발돼 속속 실생활에 도입되고 있다.

<수소경제 밸류체인>

주: 1) CCUS는 이산화탄소 포집저장장치(Carbon Capture Utilization & Storage)

2) SMR은 수증기 메탄 개질(Steam Methane Reforming)

[자료: 삼정KPMG 경제연구원]

시사점

수소 관련 산업은 협력 부품업체가 많고 수소 생산-저장 및 운송-활용 등의 밸류체인 전반에 걸쳐 다양한 산업과 연계가 되어 있어 전방산업 뿐만 아니라 후방산업까지 파급효과가 크다. 전기차보다 차량에 들어가는 부품 수가 많은 수소차와 연료전지 등은 협력업체가 대부분 중소 혹은 중견기업이기 때문에 활용이 확대됨에 따라 협력기업들의 성장과 고용 창출로 이어질 수 있어 각국 정부는 수소 경제로의 전환에 박차를 가하고 있다.

수소차·연료전지 등 분야에서 우리 기업에 다양한 수출 기회가 생길 것으로 전망되며, 최근 현대차는 수소 트럭을 캘리포니아 항만 친환경차 트럭 도입사업에 30대(‘23~), 美 환경보호청 대기질 개선 사업에 5대(’23) 납품 등 미국 친환경차 사업에 선정돼 2023년도부터 미국에 진출하는 등 수출 성과가 가시화되고 있다.

업계관계자에 따르면 “수소 산업의 특성상, 수많은 소재, 부품, 장비가 필요하다. 영역별 관련 중소기업 및 중견기업들의 시장 진입 기회가 많다”면서 “기술력이 중요한 수소 산업에서는 대기업, 중소기업, 스타트업 등 R&D 역량이 중요하다”고 전했다.

수소 생산, 저장 및 운송, 활용 등에 필요한 인프라 구축은 화학·금속·기계 설비 등 관련 산업의 투자와 고용 및 시장 확대를 촉진한다. 즉, 새로운 시장의 형성은 물론 밸류체인 전반에 걸친 관련 산업의 확대도 기대할 수 있다. 기술력 있는 미국의 글로벌 수소 기업들과 전략적 제휴를 통해 우리 기업의 수출역량도 제고할 수 있을 것으로 기대된다.

우리 중소중견기업들도 체질을 선제적으로 개선하고 기술력으로 수소 산업을 선점하는 계기로 삼아야 한다. 수소 경제 시대에 맞춰 비즈니스 기회를 선점하고, 글로벌 시장을 선도해 나갈 수 있는 중요한 기회다. 

자료: U.S. National Clean Hydrogen Strategy and Roadmap, 삼정KPMG경제연구원 보고서 등 KOTRA 시카고 무역관 자료 종합