210908 '수소 경제' #1(수소경제, 수소생태계, 글로벌수소투자, 국내기업투자, 수소의구분, 수소밸류체인)

​

수소경제란 수소를 중요한 에너지원으로 사용하는 경제산업구조를 의미합니다.

화석연료 중심의 현재 에너지 시스템에서 벗어나 수소를 에너지원으로 활용하기 위하여 수소를 안정적으로 생산-저장-운송하는 데 필요한 모든 분야의 산업과 시장을 새롭게 만들어내는 경제산업구조를 의미합니다.

​

원유 베이스 화학 소재에 대한 가동률과 점유율은 점차 감소할 것이며 성장 산업(친환경 에너지, 저탄소배출)에 대한 소재 개발 및 M&A가 지속될 것입니다.

​

석유 화학 산업의 프리미엄요인으로 EV배터리, 태양광, 풍력발전, 수소경제, 친환경 바이오 소재 등이 시장에 등장하였습니다.

​

최근 세계 주요국가들이 탄소저감에 중심을 둔 탄소중립 정책을 발표하고 있고, 그 적용 기한은 임박하게 다가왔습니다. 막연했던 탄소중립이 중요한 과제로 떠올랐고, 각 기업에서는 긴장을 하고, 새로운 시대를 준비하고 있습니다.

​

'수소 경제'는 단순히 수소 연료전지차, 발전용 연료 전치 보다는 '수소 생산'부터 시작하여 여러 단계로 발전 단계를 나눌 수 있습니다.

​

​

​

아래의 내용들로 한번 '수소 경제'에 대해 이야기 해보겠습니다.

​

[1부 - 오늘 리뷰]

(1) 왜 수소 경제인가?

(2) 수소 생태계란?

(3) 각 국의 수소경제 투자는?

(4) 국내 기업 투자는?

(5) 수소의 구분! (생산방식/온실가스 배출량에 따른 분류)

(6) 수소 벨류 체인 (생산)

​

[2부]

(6) 수소 벨류 체인 (저장/운송→활용)

(5) 현재의 한계점과 과제는?

(6) '수소 경제'의 미래는?

​

1. 왜 수소 경제인가?

현재 전 세계의 화석연료(석유, 천연가스) 에너지 의존도는 85%로 절대적입니다.

화석연료가 가지는 효율성에도 불구하고 각종 환경 문제 및 자원 고갈 문제로 각국에서는 탈 화석연료를 위한 움직임이 활발히 일어나고 있습니다.

​

대부분의 국가에서 태양열이나 풍력 같은 지속가능한 친환경 재생 에너지의 비중을 늘리고자 합니다. 우리나라 역시 정부에서 2030년까지 재생에너지 발전량 비중을 20% 까지 늘릴 계획을 가지고 있습니다

​

재생에너지는 자연을 이용한 힘이기에 간헐성, 경직성, 지역 편차 라는 근본적인 한계를 가집니다.

또한, 수소에너지는 화석에너지 체제의 한계를 극복하고 지구 온난화 문제를 해결하기 위한 대체 에너지원인 태양광, 풍력, 수력, 지열, 조력 보다 에너지 밀도가 높습니다. 특히 수소는 전기에너지를 이용하여 물 로부터 얻을 수 있으며, 연소할 시 다시 물로 되돌아가는 차세대 미래 청정 연료의 특성이 있어 주요 산업의 에너지원으로 각광받고 있습니다.

[출처] 국회 예산처

[출처] sk 증권

[출처] sk 증권

​

왜 수소에너지여야 하는가?

▪ 2050년 탄소중립(Net-Zero)을 달성하기 위한 파리협정 목표에 맞춰 탄소 배출 없는 신재생 에너지 사용이 필수적

▪ 태양광, 풍력 등과 같은 재생에너지는 생산의 간헐성 및 대용량 저장 문제 때문에 전력 수급이 불일치로 인한 손실이 크며, 재생 에너지로 생산한 전기를 해외 국가나 먼 거리로부터 운송하기 위해서도 필요한 막대한 인프라 투자 비용이 소요됨

▪ 재생에너지 비중이 점차 확대 되는 가운데 신재생에너지의 안정적 공급을 위해서는 수소에너지가 가장 적합한 대안

[출처] 수소 융합 얼라이언스 추진단

수소에너지가 중요한 이유

▪ 국내 에너지의 약 93%를 수입에 의존(2020년 기준). 하지만, 수소는 물 혹은 여러 1차 에너지를 사용해 쉽게 제조 가능

▪ 수소는 다른 에너지 자원과 비교했을 때, 부피 단위 당 에너지와 에너지 밀도 등에서 뛰어난 특성을 지니고 있어 저장 및 운송에 보다 용이하다는 장점. 다만, 아직은 경제성이 없는 이유는 생산을 포함한 인프라 구축 및 기술개발 부재 때문

▪ 하지만, 기후위기를 극복하는 과정에서 탄소중립이 강조될 수록 탈탄소 비용이 증가할 전망. 이를 감안할 경우, 수소경제 의 경제성에 대한 재평가가 진행될 가능성. 뿐만 아니라, 수소는 이산화탄소 배출이 전혀 없고 부산물 또한 물이 전부이며, 수소차는 주행하면서 대기중의 미세먼지를 정화하는 공기청정기 역할까지 가능하다는 점에서 친환경 에너지

---

2. 수소 생태계란?

수소 자체보다 수소생태계를 이해하는 것이 투자의 핵심

▪ 화석연료의 중심의 에너지 시스템에서 벗어나 수소를 에너지원으로 사용할 수 있도록 생태계를 만들어 내는 경제시스템

▪ 이를 위해서는 1)수소차와 연료전지와 같은 활용수단 뿐만 아니라, 2)친환경적이고 효율적인 방법으로 수소를 생산할 수 있어야 하며, 3)안정적인 저장 및 운송도 필수적. ‘생산 → 저장 → 운송 → 활용’ 에 이르는 수소 경제 전주기에 걸친 기술 개발 및 인프라 구축이 필요하며, 투자 기회를 찾기 위해서는 이 부분에 집중해야 함

[출처] 국회 예산 정책처

​

3. 각 국의 수소경제 투자는?

수소는 탄소를 대체할 궁극의 에너지로 세계 각국에서 그 필요성 이 인식되었습니다.

따라서 선진국을 중심으로 수소의 상용화를 위한 기술개발과 연구 등이 이어지고 있으며 수소경제로의 진입을 위한 경제 플랜이 수립되고 있습니다.

​

글로벌 수소 프로젝트 및 투자

▪ 2021년 7월 기준, 전 세계 30여 국가에서 ‘수소 로드맵＇이 발표되며, 수소산업 벨류체인 전반에서 359개의 대형 수소 프로젝트가 공표됨. 이에 따라 2030년 까지 글로벌 수소 프로젝트 및 투자 규모는 5,000억 달러로 전망

▪ 1) 공표된 프로젝트에 직접적 투자 1,300억 달러, 2) 정부의 목표 달성을 위해 현 프로젝트에 추가적인 투자 1,200억 달 러, 3) 공표된 프로젝트 및 정부 목표달성을 위해 OME과 공급체를 통한 간접적 투자 2,500억 달러

[출처] sk 증권

​

[일본] 수소기본전략 채택(’17.12) ⇨ 2050년까지의 방향성 제시

- 후쿠시마 사고後 자립형 에너지 공급을 위해 수소경제 집중 육성

- ’30년까지 목표 : 수소차 80만대, 수소버스 1,200대, 수소충전소 900개소, 가정용 연료전지 530만대,수소 발전단가 17엔/kWh

- 수소차와 가정용 연료전지(에네팜)의 확대를 기반으로 저비용 수소이용과 액화수소, P2G, 해외 생산 등 수소 공급 체인 개발에 주력

[출처] 수소융합 얼라이언스 추진단

[미국] 캘리포니아州 주도로 수소정책 추진 중

- 캘리포니아州와 연방정부(에너지부)를 중심으로 ‘민·관 파트너십’을 결성하여 수소 에너지 정책 추진

* (캘리포니아州) CaFCP, (연방정부) H2USA 등

- ’30년까지 목표(캘리포니아州) : 수소차 100만대, 수소충전소 1,000개소 ㅣ풍력발전의 잉여전력 및 천연가스 인프라를 활용한 수소 생산·공급

* Wind2H2 프로젝트(’07∼’10) : 에너지부 주관, 풍력발전으로 수소 생산 → 천연가스 망을 통해 공급

​

독일 생에너지의 활용 극대화를 위해 수소경제 추진

- 재생에너지 보급(’30년 50%) 기반과 수소경제를 융합한 정책 추진 ㅣ’30년까지 목표 : 수소차 180만대, 수소충전소 1,000개소

- 태양광·풍력의 잉여전력 활용 수전해(P2G) 수소 생산* 및 가스 그리드 활용** 프로젝트 추진

* 라인란트정유소에 세계최대 규모(연간 1,300만톤)의 수전해 시설 건설(’17∼’20) ** Audi社 e-gas 프로젝트 : 가스 그리드에 메탄가스(수전해 수소+CO2) 공급 실증(’16)

​

호주 수소 로드맵 수립(’18.8) ⇨ 수소의 수출 자원화 도모

- 풍부한 자원을 활용하여 세계 최대 수소생산 및 수출 전략

- 갈탄에서 수소 추출 후 일본에 수출하는 프로젝트*를 진행중이며, 州정부별 연료전지 발전소 구축 및 수소차 보급 추진

* HESC Project : 빅토리아州 Latrobe Valley에서 생산된 갈탄으로 수소 생산 → 액화하여 일본 고베市로 수송 (∼’21년까지 실증)

​

중국 중국제조 2025(’15) 및 수소 이니셔티브 선언(’17)

- ‘중국제조 2025’에서 신에너지자동차를 핵심 사업으로 선정하고, 국제 연료전지차 대회를 통해 ‘차이나 수소 이니셔티브’ 선언

- ’30년까지 목표 : 수소차 100만대, 수소충전소 1,000개소

- 신재생에너지 및 원자력 이용, 메탄의 개질 등을 통한 수조 제조기술 중점 개발

* 허베이성 : 풍력 연계 수전해 수소 생산 추진(’16년 4MW완료, ’18∼’20년 10MW)

4. 국내 기업 투자는?

[출처] 수소위원회

[출처] 수소 위원회

[출처] 수소 위원회

​

5. 수소의 구분! (생산방식/온실가스 배출량에 따른 분류)

생산방식에 따른 수소의 종류 : 부생수소, 개질(추출)수소, 수전해 수소

[출처] 수소 융합 얼라이언스 추진단

▪ 부생 수소: 석유화학 및 제철 공정이 진행되는 과정에서 부가적으로 생산되어 나오는 수소

▪ 개질 수소: 수소 생산을 목적으로 석탄이나 천연가스 등 화석연료에서 추출하는 수소. 천연가스가 가장 높은 비중 차지

▪ 수전해 수소: 전기를 이용해 물(𝐻2𝑂)를 분해하여 만드는 수소(𝐻2). 온실가스 배출은 없지만, 생산단가가 높다는 단점有

​

온실가스 배출량에 따른 수소의 종류 : 브라운 > 그레이 > 블루 > 그린 수소

▪ 브라운 수소에서 그린수소에 가까울 수록 추출 비용은 증가한다는 단점이 있지만, 배출되는 이산화 탄소는 크게 감소

​

[출처] 국회 예산 정책처

​

6. 수소 벨류 체인 (생산→저장/운송→활용)

​

[출처] SK 증권

(1) 수소 생산 기술

[출처] 이베스트 투자증권

[ ‘Fit for 55’의 연장선상에서의 수소는 ‘탄소저감’이 핵심]

​

- ‘탄소저감’ → 탄소 저감 수소 에너지원 → CCS or CCUS 설비 적용 수소(블루수소)부터 시작

- 수소생산단가:

* 그레이 수소(석탄, $1.2~2.2/kg. 천연가스, $0.5~3.1/kg)와

* 블루 수소(천연가스, $1.6~2.9/kg) 가격 차이 크지 않음

* 그린수소는 kg 당 $2.5~4.5로 아직 생산단가 높음.

- 다만, 그린수소 중 수전해수소 방식은 연료전지와 설비가 겹침. 이에 모든 생태계에 적용 가능 한 PEMEC에 주목.

​

[ 수소생산관련 투자는 아래에 주목!]

​

1) 블루수소 관련 기업이 우선 순위. 그 안에 핵심은 ‘CCUS’ 가 될 것.

2) 그린수소는 수전해수소 중 PEMEC에 주목

​

​

[수소 생산 관련 인프라에 집중해야 하는 이유]

​

- 글로벌 주요국들이 바라보는 수소는 ‘탄소저감’에 있음.

- 이에 블루수소 이상의 수소 생산이 아니라면 의미 없다고 생각

-

이러한 이유로 수소연료전지차, 발전용 연료전지 등은 아시아 국가에 대부분 정책 집중.

* 실제 발전용 연료전지도 대형 발전용 기준, 한국이 세계 보급량의 40%를 차지하고 있으며,

* 2020년 기준 수소연료전지차 판매량, 한국이 5,786대 수준으로 글로벌 수소연료전지차 시장의 50% 이상을 차지

​

- 미국, 유럽은 수소 생산 위주 정책 펼치고 있음

* CCS 등 블루수소 및 그린수소 프로젝트는 미국이 70% 이상, 유럽 20% 이상, 중국, 일본이 그 나머지 비중을 차지하고 있음 국내는 1개의 프로젝트를 시작하고 있음

​

​

[수소 생산 기술]

그레이 수소 / 블루 수소 생산 기술

​

- 수소가 에너지원으로 각광받는 이유: 연소할 때, 공해물질 방출 ‘0’, 원료 고갈 우려 ‘0’, 에너지밀도 높고, 기술 실용화 가능성 높음

- 수소가스 제조 기술: 천연가스, 석탄, 바이오매스의 분자구조에 포함되어 있는 수소를 열분해, 전기분해, 광분해 등에 의해 분리

* 현재, 글로벌 상용화 중인 공업용 수소 생산은 주로 탄화수소의 ‘수증기 메탄 개질법’으로 이루어지고 있음

* 국내의 경우, 대부분 수소 생산은 나프타 열분해를 통한 ‘부생수소’로 얻고 있음

​

[그레이 수소 생산 기술]

- 부생 수소

- 수증기 매탄 개질 방식

- 부분 산화 방식

- 자열 개질 방식

- 가스화

​

[블루 수소 생산 기술 = 그레이 + CCS(or CCUS)]

​

- 연소 전/중/후 CCS

- 바이오매스 프로세스 (열화학적/생물학적방식)

- 전기 분해 (알카라인/PEM(Polymer electrolyte membrane) / SOEC(Solid Oxide Electrolysis)법))

​

- CCS(Carbon dioxide Capture and Sequestration): 일반적으로 CO2를 포집 및 처리기술 의미. 국제표준화기구인 ISO 기준으로 CCS 즉, 이산화탄소 포집, 수송 및 지중 저장으로 한정함

- CCS는 다량의 CO2 가 대기로 방출되는 것을 방지하기 위한 배출 감소 프로세스

- CCUS(Carbon dioxide Capture Utilization and Storage) : CO2 의 활용도 가능하게 하는 것

- 그린 수소 전 단계인 블루 수소 부터 단계 별로 적용되면, 이는 곧 CCS 및 CCUS의 수요 증가

​

​

---

​

​

[저장/운송]→저장/운송→활용 부분은 내일 정리해보도록 하겠습니다.

​

또한, 수소 경제의 현재의 한계점과 과제. 그리고 미래까지 간단하게 정리하고,

​

투자 방법에 관하여도 짧게 정리하고 수소 경제 리뷰를 마치겠습니다.

​