탈탄소화가 국제적 이슈로 떠오르면서 수소에너지가 부상하고 있다.
수소는 에너지효율이 높고 사용할 때 온실가스인 이산화탄소(CO2)를 배출하지 않는 것이 특징이다. 재생에너지, CCS(Carbon Capture & Storage)를 조합함으로써 이산화탄소를 함유하지 않은 수소를 생산할 수 있기 때문이다.
특히, 수소를 동력에너지로 이용하는 연료전지자동차(FCV)가 유망한 수요처로 부상하고 있다.
최근에는 휘발유(Gasoline) 대신 수소를 사용하는 수소 내연기관(엔진)이 수소사회 실현을 위한 유망기술로 다시 각광받고 있어 고출력이 필요한 대형 트럭, 버스 등 상용차에 대한 적용이 기대되고 있다.
상용차는 승용차에 비해 이산화탄소 배출량이 많아 수소엔진을 채용함으로써 이산화탄소 배출량을 대폭 감축할 수 있으며 에너지 소비량이 많고 주행거리도 길어 대규모 수요 창출이 예상되고 있다.
수소경제, 유럽 중심으로 집중 육성
EU(유럽연합), 미국, 일본 등 선진국들은 수소경제 육성을 적극화하고 있다.
특히, 석유·석탄 등 화석연료 대신 수소를 주요 에너지원으로 사용함으로써 경제‧산업 구조가 획기적으로 재편될 가능성이 제기되고 있다.
EU 집행위원회는 2020년 6월8일(현지시간) 유럽 수소전략을 발표했다.
EU 지역의 수소경제를 2020년 기준 20억유로(약 2조6970억원)에서 2030년까지 1400억유로(약 188조8140억원)로 육성하겠다는 목표를 세우고 있으며, 육성과정에서 일자리 14만개를 창출할 계획이다.
EU 집행위원회는 수소에너지 육성으로 관련투자가 2050년까지 최대 4700억유로(약 633조7950억원)에 달할 것으로 예상하고 에너지·자동차·화학·운송 관련기업 200개 이상이 참여하는 민관 수소연합 결성을 추진하고 있다.
수소 이니셔티브 예산을 2배인 13억유로(약 1조7530억원)로 확대하고, EU 혁신기금을 통해 관련사업에 약 300억유로(약 40조4600억원)를 투입하며, 유럽투자은행 특별기금이 매년 100억유로(약 13조4870억원)를 지원할 예정이다.
독일은 2020년 5월14일 수소경제전략을 발표했다. 
약 90억유로(약 12조원)를 투입해 수소 인프라를 구축하고 수소를 운송·철강·화학 등 핵심산업의 에너지원으로 공급하겠다는 것으로, 앞으로 3년간 운송용 수소탱크 인프라 개발에 34억유로(약 4조5850억원), 항공기용 수소연료 개발에 11억유로(약 1조4840억원)를 투입한다.
미국은 2002년부터 수소 인프라 로드맵인 2030 수소경제 이행 비전을 발표하고 투자를 확대하고 있다.
미국 연료전지‧수소협회에 따르면, 미국은 2030년까지 수소에너지 시장을 1400억달러로 확대해 일자리 70만개를 확보하겠다는 목표를 세우고 있다.
일본은 2020년 수소경제 육성을 위해 809억엔(약 8995억원)의 예산을 배정했고 2030년까지 발전용 수소를 상용화할 계획이다.
수소자동차 보급 경쟁도 치열해지고 있다.
일본은 2030년까지 수소자동차 80만대, 수소버스 1200대, 수소충전소 900개, 가정용 연료전지 530만대를 보급하겠다는 목표를 세우고 있다.
미국은 캘리포니아가 수소자동차 100만대, 수소충전소 1000개를, 독일은 수소자동차 180만대, 수소충전소 1000개를, 중국은 중국제조 2025에서 신에너지자동차를 핵심사업으로 선정하고 수소자동차 100만대, 수소충전소 1000개소를 보급할 계획이다.
한국, 수소산업을 신 성장동력으로 육성
한국 정부도 수소 시장을 선점해 화석연료를 친환경 에너지원으로 전환할 뿐만 아니라 새로운 성장동력을 확보할 방침 아래 2020년 12월17일 수소경제 활성화 로드맵을 발표했다.
정부는 수소를 중요한 에너지원으로 사용해 경제성장과 친환경 에너지의 원천으로 활용할 방침이며, 수송용 연료를 비롯해 전기, 열 생산에 필요한 에너지를 수소로 대체함으로써 수소 관련산업을 육성할 계획이다.
특히, 수소가 승용차는 물론 트럭‧버스, 열차, 선박, 드론, 건설기계 등 모든 운송 분야에서 휘발유와 경유를 대체할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
2017년 글로벌 자동차 시장 2조달러 중 10%만 수소자동차로 전환해도 반도체(4190억달러)의 절반에 달하는 새로운 시장을 창출할 수 있을 것으로 판단하고 있다. 
수소연료전지도 친환경 분산형 발전 기술로 주목받고 있다.
세계 발전용 연료전지 시장은 2013년 215MW에서 2017년 670MW로 연평균 22% 성장했고, 정부는 2040년까지 8GW의 수소연료전지를 보급함으로써 온실가스와 미세먼지 배출을 획기적으로 감축할 계획이다. 현재 국내 발전설비능력이 약 110GW인 것을 고려하면 수소연료전지가 전체의 약 7%를 차지하게 되는 수준으로 파악된다.
수소의 생산, 저장, 운송, 활용과 관련해 다양한 후방산업도 육성할 방침이다.
수소자동차, 수소연료전지 협력기업 대부분이 중소·중견기업이기 때문에 수소 관련 인프라 구축으로 금속, 화학, 기계설비 등의 투자와 고용을 유발할 것으로 기대하고 있다.
수소는 석유, 가스와 달리 국내에서 대량 생산이 가능해 에너지 자립도 향상에도 기여할 것으로 예상하고 있다.
정부는 수소경제를 통해 2040년 43조원의 부가가치와 42만개 일자리를 창출할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
맥킨지(McKinsey)는 세계 수소 수요가 급증하면서 2050년 수소산업이 2조5000억달러(약 2800조원)의 부가가치와 3000만개 일자리를 창출할 것으로 전망하고 있다.
현대자동차‧SK 중심 수소사업 도전장
수소가 친환경에너지로 주목받고 있는 가운데 국내기업들도 수소사업 육성에 나서고 있다.
현대자동차는 수소산업 생태계를 새로운 성장동력으로 육성하기 위해 전방위적인 노력을 기울이고 있다.
현대자동차는 최근 영국계 글로벌 화학기업인 이네오스(Ineos) 그룹과 양해각서(MOU)를 체결하고 글로벌 수소 생태계 확산을 위해 협력하기로 합의했다.
이네오스 산하 이네오스오토모티브가 개발하고 있는 스포츠유틸리티자동차(SUV)에 현대자동차의 연료전지시스템을 탑재해 새로운 수소전기자동차를 선보일 계획이다.
양사의 기술력을 바탕으로 수소 생산, 저장, 운송, 활용에 이르는 수소 밸류체인도 구축한다.
현대자동차는 수소전기자동차 넥쏘와 수소전기트럭 엑시언트 등을 내세워 글로벌 수소전기자동차 시장 주도권 확보에 나서고 있다. 넥쏘는 최근 수소전기자동차 단일 모델로는 세계 처음으로 단일 국가에서 누적 판매 1만대를 달성했다.
SK는 지주사인 SK를 통해 수소 사업에 진출한다.
최근 SK이노베이션과 SK E&S 등 자회사의 전문인력 20명 수준으로 수소사업 전담조직인 수소사업추진단을 신설했고, SK E&S를 중심으로 2023년부터 3만톤의 액화수소 생산설비를 건설해 수도권 지역에 액화수소를 공급할 방침이다.
또 액화천연가스(LNG) 300만톤 이상을 직수입하는 SK E&S가 대량 확보한 천연가스를 활용해 2025년부터 28만톤의 블루수소(이산화탄소를 포집해 저장한 수소)를 추가 생산할 계획이다.
수소의 생산, 유통, 공급에 이르는 수소 밸류체인도 통합 운영한다.
2025년까지 총 28만톤의 생산능력을 갖추고 SK에너지의 주유소와 화물트럭 휴게소 등을 통해 자동차용으로 공급하는 한편 연료전지발전소 등 발전용 수요도 개발할 방침이다.
장기적으로는 태양광, 풍력 등 재생에너지를 활용해 그린수소 생산을 추진할 방침이다.
포스코, 2050년까지 500만톤 생산체제 구축
포스코는 2050년까지 수소 500만톤 생산체제를 구축해 매출 30조원을 달성하겠다는 청사진을 제시했다.
포스코는 2020년 12월13일 수소경제를 견인하는 그린수소 선도기업 비전을 발표하고 2030년까지 물을 전기분해해 수소를 생산하는 기술 등 핵심기술과 생산역량을 갖출 계획이라고 밝혔다.
2021년 1월 수소사업부를 출범하고, RIST(포항산업과학연구원)를 중심으로 국내외 연구기관과 연구개발(R&D) 협력을 추진해 수소사업을 본격화한다.
포스코는 수소 국내수요가 2030년 194만톤, 2040년 526만톤 이상으로 증가하고, 활용 분야도 석유화학 중심에서 수송, 발전 등으로 확대될 것으로 예상하고 있다.
현재는 철강 제조공정에서 발생하는 부생가스와 LNG를 활용한 수소 생산능력이 7000톤에 불과한 상태이다. 약 3500톤의 부생수소를 추출해 철강 생산 중 온도 조절과 산화 방지에 투입하고 있다.
포스코는 수소를 활용한 철강 생산기술인 수소환원제철공법 연구와 수소를 생산·운송·저장·활용하는데 필요한 강재 개발, 부생수소 생산설비 확대를 통해 역량을 강화해나가는 한편으로 그린수소 유통 인프라 구축, 그린수소 프로젝트 등 다양한 사업기회를 모색함으로써 2025년까지 부생수소 생산능력을 7만톤으로 확대하고 2030년까지 글로벌기업과 손잡고 블루수소 50만톤 생산체제를 구축할 계획이다.
그린수소는 2040년까지 200만톤 생산체제를 구축하고 2050년까지 수소 500만톤 생산체제를 완성할 방침이다. 블루수소는 천연가스 등 화석연료를 이용해 생산하며, 발생하는 이산화탄소는 포집해 땅속에 저장하는 방법으로 처리한다. 그린수소는 재생에너지를 기반으로 물을 전기분해해 생산한다.
포스코는 2050년까지 그린수소를 기반으로 한 수소환원제철공법을 구현할 방침이다. 수소환원제철공법이 상용화되면 최대 370만톤의 그린수소가 필요하게 돼 포스코는 최대 수소 수요기업이자 생산기업이 될 것으로 예상하고 있다.
수소 운송과 저장의 핵심기술로 꼽히는 암모니아 수소 추출기술 개발에도 나선다. 암모니아는 수소를 질소가 결합한 형태로 운송과 저장이 용이해 효율적이고 경제적인 운반체로 평가되고 있다.
수소 생산-운송-저장-활용 등 가치사슬도 구축한다.
포스코인터내셔널은 정부의 수소 도입 사업과 해외 수소 프로젝트에 참여하고, 포스코에너지는 수소 전용 터미널 구축과 현재 LNG 터빈발전을 2030년부터 단계적으로 수소 터빈발전으로 전환한다. 포스코건설은 수소 도시 개발 프로젝트는 물론 수소 저장, 이송에 필요한 프로젝트 시공을 맡을 방침이다.
전경련, 수소 기술력‧인프라 경쟁력 의문
한국은 수소자동차 등 수소 활용부문에서 경쟁력을 갖추고 있지만 수소 생산과 저장·운송 기술력과 인프라는 뒤처져 있다는 주장이 제기되고 있다.
전국경제인연합회(전경련)는 2020년 10월8일 국내 수소경제 현황과 과제를 분석하고 수소경제 정책이 원천기술 확보와 인프라 구축에 집중해야 한다고 조언했다.
수소는 활용과정에서 유해물질을 발생시키지 않는 청정에너지로 2050년경 세계 에너지 소비의 18%를 차지할 정도로 빠르게 성장하고 있다. 수소경제 시장은 2050년 2조5000억달러(2940조원)로 확대되고, 총 3000만개의 일자리를 창출할 것으로 예상된다.
전경련은 국내 수소경제가 수소전기자동차, 수소연료전지발전 등 활용 분야에서는 경쟁력을 확보한 것으로 평가하고 있다. 2019년 승용부문 수소전기자동차 보급대수는 4194대로 세계 1위이고, 수소연료전지 발전량도 세계 최고 수준인 408MW에 달했다.
하지만, 수소산업 투자가 활용분야에 지나치게 집중돼 다른 분야 기술력과 인프라가 미국, 일본 등 선도국에 비해 뒤처진 것으로 평가하고 있다.
전경련에 따르면, 최근 5년간 수소경제 관련 정부의 R&D 투자비중은 활용부문이 52%에 달한 반면 생산부문은 23%, 인프라 부문은 13%에 그쳤다. 
세계 수소경제 관련 특허 출원에서도 한국은 8.4%로 일본 30.0%에 비해 크게 뒤처졌고 수소자동차 충전소 수도 일본의 33%에 불과한 것으로 파악되고 있다.
전경련은 경쟁국들이 최근 수소 생산기술 개발과 수소 확보, 인프라 구축에 박차를 가하고 있는 점을 고려할 때 한국도 생산과 저장·운송 부문에 대한 투자를 확대해야 한다고 주장했다.
EU는 태양광, 풍력 등 재생에너지를 활용한 그린수소 개발에 집중해 2030년까지 20-40GW의 물 분해 발전 시스템을 설치하고, 일본도 2030년까지 오스트레일리아, 브루나이산 수소 수입망을 구축한 후 수소충전소를 900개로 확대할 계획이다.
수소경제 후발주자인 중국도 수소산업 육성을 위한 베이징(Beijing), 상하이(Shanghai) 등 4대 권역을 조성하고 2030년까지 수소충전소 1000개를 설치하겠다는 목표를 세우고 있다.
부생수소, 정유기업도 외부 구매로 충당
부생수소는 정부가 수소경제 활성화 로드맵을 통해 활용방안을 제시했지만 관련기업들은 잘못된 수요 분석에 따른 비현실적인 정책이라는 비판을 제기하고 있다.
부생수소는 석유화학 공정에서 발생하는 부산물에서 추출하며 친환경 자동차의 연료로 주목받고 있다.
최근 정유기업들이 국제유가 변동과 경기흐름에 따른 부침이 심한 석유정제 사업 외에 상대적으로 안정적이고 고부가가치를 내는 비정유 사업 육성에 주력하면서 부생수소 구매를 확대하고 있다. 정유기업들이 원유 정제과정에서 나오는 부생수소를 화학공정에 투입하고 있으나 공급량이 부족하기 때문이다.
정부는 2019년 1월 수소경제 활성화 로드맵을 발표하면서 부생수소 5만톤(수소자동차 25만대 사용물량)을 활용하겠다는 구상을 제시했고, 문재인 대통령도 로드맵 발표 행사에서 “대규모 석유화학단지에서 수소자동차 확산에 필요한 부생수소를 충분히 생산할 수 있다”고 주장했다.
하지만, 정유기업들은 자체적으로 사용하기에도 부족해 외부조달물량을 확대하는 상황에서 부생수소를 추가로 생산하더라도 수소자동차에 투입할 여력이 없는 것으로 파악하고 있다.
에쓰오일은 2018년 고도화설비 가동을 앞두고 자체적으로 생산한 부생수소만으로는 부족해 수소 생산기업 덕양으로부터 조달받기 시작했으며, SK이노베이션도 비슷한 처지로 알려졌다.
특히, 정부가 추가 공급물량으로 추산한 5만톤에 대해서도 현실과 동떨어진 숫자라고 지적하고 있다.
정유기업들이 석유제품 수요 감소로 풀가동하지 않고 있어 부생수소 생산을 확대할 수 있다고 판단할 수 있으나 부생수소 5만톤을 추가로 얻기 위해 휘발유, 경유 생산을 확대할 수는 없다는 입장이다. (강윤화 선임기자: kyh@chemlocus.com)
표, 그래프: <EU의 수소경제육성계획, 미국의 수소경제 조성 목표, 수소충전소 설치수 비교, 수소산업 개요, 산업통상자원부의 수소자동차 사업 재편 계획, 연료전지와 LiB를 결합한 수소경제 개념도>
