수소경제는 수소를 주요 에너지원으로 생산 및 사용하는 전반적 산업 경제 구조를 의미한다.
수소를 활용하는 자동차, 해운, 기계, 공장, 발전 등 기반설비 뿐만 아니라 수소 생산‧저장, 유통, 보급에 필요한 산업, 인력 등 관련 경제 요소를 모두 포함하며 세계적으로 석탄‧석유 등 화석연료를 에너지원으로 사용하는 탄소경제에서 수소경제로 전환하기 위한 연구개발(R&D) 및 관련 정책 수립이 활발히 이루어지고 있다.
글로벌 수소위원회(Hydrogen Council)는 수소경제가 2050년까지 3000만개의 신규 일자리와 연간 2조5000만달러의 부가가치를 창출할 것으로 예상하고 있다.

한국, 수소경제 흐름 “시동” 
수소는 우주에 존재하는 총 원자 중 90%를 차지할 정도로 풍부해 고갈 우려가 없고 다양한 방법으로 구할 수 있으며 발열량이 석유보다 높은 고효율 에너지원이다.
무엇보다 탄소배출이 없다는 장점으로 탄소중립 사회를 이끌 핵심 에너지로 주목받고 있다.
다만, 생산 과정에서 온실가스가 발생할 수 있고 많은 에너지와 전기가 필요하며 주로 물, 천연가스 등 화합물 형태로 결합돼 있어 추출하는 작업이 별도로 요구되는 문제로 보다 친환경적이고 경제적인 생산기술 개발의 중요성이 커지고 있다. 
수소는 생산 방법에 따라 명칭을 구분하고 있다. 그린수소는 재생에너지를 사용해 물을 분해해 생산하며, 그레이수소는 석탄으로부터 추출하고 블루수소는 석탄에서 수소를 추출할 때 이산화탄소(CO2) 포집 기술로 온실가스를 감축해 생산한다.
정부는 2030년 탄소중립·녹색성장 기본계획을 통해 청정수소 발전 비중을 2022년 0.0%에서 2036년 7.1%까지 확대하겠다고 발표했다.

SK에코플랜트, 그린수소 밸류체인 본격화
국내기업들은 정부 계획에 따라 그린수소 사업을 확대하고 있다.
SK에코플랜트는 그린수소의 생산부터 활용까지 전체 주기에서 밸류체인을 구축하고 있으며 산업통상자원부, 환경부, 대한상공회의소 등이 공동으로 주최한 기후산업국제박람회에서 캐나다 글로벌 그린수소 프로젝트 수행으로 가시화된 재생에너지 기반 그린수소 밸류체인 단계별로 해상풍력, 연료전지, 수전해기, 그린수소 운반체(Carrier)로 각광받는 그린 암모니아(Ammonia) 등 핵심 요소들을 소개했다. 
암모니아는 제조과정이 단순하며 수소 대비 액화가 쉽고 더 많은 양을 저장할 수 있어 수소 캐리어로 활용이 용이하며 비료, 석탄 혼소발전에 사용이 가능해 이미 저장 및 유통 인프라가 잘 갖추어져 있다. 암모니아로 수요처에 운반된 그린수소는 연료전지를 통해 다시 전기를 만드는데 사용할 수 있다.
SK에코플랜트는 울산 등 국내 5개 권역에 글로벌 해상풍력 개발 전문기업과 협력해 부유식·고정식 해상풍력 발전단지 2.6GW를 조성하는 바다에너지 프로젝트를 진행하고 있으며 캐나다 그린수소 전문기업 월드에너지GH2(World Energy GH2)와 6조원대 그린수소 상용화 프로젝트에 참여하고 있다.
SK에코플랜트는 뉴지오호닉 그린수소 1단계 프로젝트 참여를 위한 투자협약을 체결하고 사업 지분의 20%에 해당하는 660억원을 투자해 주요 수전해 기기와 그린 암모니아 플랜트 EPC(설계·조달·시공)를 맡는 등 그린수소 사업의 전 과정을 수행할 예정이다.
뉴지오호닉 그린수소 1단계 프로젝트는 캐나다 동부 뉴펀들랜드(Newfoundland) 섬에서 진행하며 풍력발전으로 생산한 전기로 물을 분해해 탄소 배출 없이 그린수소를 추출하고 다시 그린 암모니아로 저장해 유럽 등 다른 대륙으로 운송하는 사업이다.
SK에코플랜트가 자회사 SK에코엔지니어링과 그린수소를 그린 암모니아로 전환하는 플랜트의 EPC를 공동 진행하는 것으로 알려졌다.
삼성물산 건설부문은 일본 치요다(Chiyoda)와 SPERA 수소 기술을 활용한 수소 사업 협력 업무협약(MOU)을 체결했으며 치요다의 SPERA 수소 플랜트 건설에 참여해 그린수소 관련 사업 기회를 모색할 예정이다.
치요다의 SPERA 수소 기술은 수소에 톨루엔(Toluene)을 첨가해 원거리 이동과 저장이 쉬운 MCH(Methyl Cyclohexane) 형태로 변환해 운반한 후 다시 수소를 분리하는 기술로 수소를 상온·상압 상태로 유지해 안정적인 운반·저장이 가능한 것으로 평가된다.
현대건설은 최근 청정수소 사업 확대를 위해 한국수력원자력과 국내외 청정수소 생산 사업 및 기술 개발 협력을 위한 업무협약을 체결했다.
양사는 청정수소 생산 및 저장·운반 분야의 핵심 역량을 확보하고 태양광·풍력 등 재생에너지 자원이 풍부한 칠레에서 청정수소 생산에 공동 참여해 수소 사업을 글로벌 시장으로 확장할 계획이다.

한화, 계열사 활용 수소 수직계열화
한화그룹은 계열사 7사로 수전해부터 혼소발전까지 수소 사업을 수직계열화하고 있다.
혼소발전은 에너지원으로 천연가스 등 화석연료와 수소를 섞은 연료를 사용하며 수소만 사용하는 전소발전에 비해 재생에너지원의 간헐적인 에너지 생산을 보조한 탄력적 운영이 가능하다.
한화는 강력한 글로벌 경쟁력을 보유한 재생에너지 노하우를 활용해 수소 생산부터 저장, 운송, 유통, 충전에 이르기까지 수소 밸류체인을 구축할 계획이다.
한화는 2030년까지 1조3000억원을 수소 사업에 투자하고 한화솔루션이 수소 생산 및 보관을 맡을 예정이다.
한화솔루션은 큐셀부문에서 태양광발전으로 생산한 재생에너지와 케미칼 부문의 수전해 기술을 연계해 그린수소를 대량으로 생산할 방침이다. 수전해는 물을 전기로 분해해 이산화탄소 배출 없이 수소를 생산하는 기술이며 생산 과정에서 재생에너지로 만든 전기를 이용하면 생산된 수소를 그린수소로 분류한다.
한화솔루션은 2021년 기존방식인 알카라인 수전해 기술 대비 소규모 시설로 운용이 가능하고 고분자 전해질막 수전해 방식보다 저렴하게 수소를 생산할 수 있는 음이온 교환막 수전해 기술 개발에 성공해 2023년 상업화할 예정이었으나 정확한 시기는 아직 미정이다.
한화솔루션 관계자는 “여전히 연구개발에 머무르고 있다”며 “현재로서는 상업화 시점을 정확히 언급하기 어렵다”고 밝혔다.
한화임팩트(옛 한화종합화학)는 2021년 LNG(액화천연가스)와 수소 혼합 연소 원천기술을 보유한 미국 PSM과 네덜란드 토마센에너지(Thomassen Energy)의 지분 100%를 인수했으며 2023년 상반기 한국서부발전과 함께 수소 혼소율 50%를 적용한 실증사업을 마쳤다.
한화임팩트는 세계 최초로 80MW급 중대형 LNG 가스터빈에서 59.5% 수소 혼소발전에 성공했을 뿐만 아니라 LNG 발전 대비 배출가스의 이산화탄소는 22%, 질소산화물(NOx)은 6ppm 이하로 대폭 저감했으며 상업 가동하고 있는 서인천 복합발전 150MW에 적용할 수 있도록 한국서부발전과 공동개발을 이어갈 방침이다.
한화파워시스템은 수소압축기, 고압용기, 냉각장치 등으로 구성된 수소충전 시스템을 맡고, 한화는 국내 수출입 인프라를 구축해 해외 청정수소 생산과 국내 공급을 맡을 예정이다. 국내 중소‧중견기업 8사와 협력해 수소혼소 관련기술 개발 및 실증을 위한 국책 사업을 진행하고 있다.
한화에너지는 대산단지 한화토탈 석유화학 공정에서 발생하는 부생수소를 활용한 세계 최초이자 최대인 부생수소 연료전지 발전소 50MW를 운영하고 있으며, 한화에어로스페이스는 2022년 산업통상자원부 국책과제를 수주해 항공용 수소 연료전지를 개발하고 있다.
한화오션은 수소 저장‧수송 시장을 선점하기 위해 국내 최초의 한국형 수소연료전지 예인선에 이어 대형 액화수소운반선 기술을 연구하고 있다.
한국중부발전도 10월10일 국내 최초로 상용화 발전 과제인 수소 혼소시험에 성공했다.
보령복합발전소의 150MW급 가스터빈을 대상으로 수소 혼소발전 기술개발 과제 진도회의 및 혼소 시연을 한국기계연구원에서 시행했으며 질소산화물 규제치를 만족하면서도 화염 역화 없이 안정적인 수소 혼소율 50% 적용을 확인했다.
중부발전은 2022년 10월부터 수소 혼소발전 기술의 실증과제를 추진하고 있으며 2027년 하반기까지 연소기 개조없이 수소 혼소율 30% 달성을 목표로 단계적인 혼소율 상승을 추진할 계획이다.
아울러 기존 화석연료 발전단지의 무탄소 발전단지 조성과 무탄소 에너지 전환 클러스터 건설을 추진해 정부 의 탄소중립 이행 및 수소경제 활성화에 기여할 예정이다.

정부, 수소경제 활성화 위해 기술개발 박차
환경부는 국내 최초로 수력 베이스 그린수소 생산설비를 준공했다.
환경부는 2023년 9월14일 한국수자원공사와 성남정수장에서 수전해 베이스 그린수소 생산설비 준공식을 개최하고 생산시설 연계 수소 자동차 충전 기반시설 구축 업무협약을 체결했다.
수력 베이스 그린수소 생산설비에 국고 31억원과 한국수자원공사 13억원 등 44억원의 사업비를 투입했으며 성남정수장 소수력 발전기 2기(700kW)를 이용해 18톤의 물을 전기분해하면 수소자동차 넥쏘 기준 40대 사용분인 188kg을 생산할 수 있는 것으로 알려졌다.
성남정수장에서 생산된 수소는 2024년까지 갈현동 수소충전소에 육상운송(튜브트레일러) 방식으로 공급하고 2025년 현대자동차가 개발하고 있는 이동형 수소충전소가 인근에 설치되면 배관망을 거쳐 공급할 예정이다.
환경부는 성남정수장 그린수소 생산설비 외에도 충주댐의 대수력을 이용한 그린수소 생산설비에 대해 기본구상 용역을 추진하고 있으며 밀양댐에 소수력을 이용한 그린수소 생산설비를 2024년 상반기 착공할 계획이다.
과학기술정보통신부는 수소 기술 개발을 위해 국가 연구실 제도를 운영할 예정이며 최근 국가 수소중점 연구실 추진 방향을 발표하며 국산 기술 확보를 가속화하고 있다.
과학기술정보통신부 관계자는 “대학과 출연연구소 내부 연구실, 연구단, 연구센터 등 중규모 조직간 경쟁을 통해 국가 수소중점 연구실을 선발하고 수소분야 연구개발 국책과제를 수행해 국산 기술을 확보하는 역할을 수행할 것”이라며 “연구실 운영을 위한 국책연구 과제, 소속 기관의 재정지원, 기술 수요기업 후원 등도 이루어질 예정”이라고 덧붙였다.

유럽‧미국, 대규모 지원 통해 수소경제 가속화
세계 주요국들은 수소 도입을 본격화하고 있다.
유럽은 러시아산 천연가스 의존도가 높아 러시아의 우크라이나 침공 이후 대체에너지용 수소 도입에 적극적이다.
유럽연합(EU)은 2022년 5월 REpowerEU를 발표하고 2030년까지 그린수소 생산량 및 수입량을 각각 1000만톤으로 확대하겠다는 목표를 수립했다.
2022년 9월에는 유럽 수소은행을 통해 수소 시장 확대를 목표로 30억유로(약 4조원)를 투자하고 화학기업 등이 수소를 구매할 때 일정수준의 지원금을 지급하는 구상을 공개한 바 있다.
2023년 2월 발표한 그린딜 산업 계획에서는 가을까지 그린수소 생산 지원을 위한 경쟁적 입찰을 실시하고 앞으로 10년 동안 생산한 신재생에너지 베이스 수소에 kg당 고정 프리미엄을 지원하기로 결정했다. 지원금만 400억유로(약 56조원)에 달할 것으로 예상된다.
미국은 수소산업을 새로운 성장동력으로 판단하고 투자 지원을 강화하고 있다.
2023년 6월 국가 그린수소 전략을 통해 2030년까지 그린수소 생산량을 1000만톤으로 확대하고, 2022년 8월부터 시행하고 있는 인플레이션 감축법(IRA)에서는 3690억달러(약 517조원)를 에너지‧기후변화 분야에 투자하기로 결정했다.
그린수소는 생산을 통해 감축한 이산화탄소 배출량에 비례해 세액을 공제하는 45V 제도를 신설했다. 감세 혜택을 설비투자에 대해 바로 받을지 혹은 완공 후 생산량에 따라 10년 동안 받을지 선택할 수 있도록 함으로써 사업성을 높이는 효과가 우수한 것으로 평가된다.

일본, 2040년 1200만톤 도입 목표
일본은 2017년 수소 기본전략을 통해 글로벌 시장을 주도하고 있으며 2023년 6월 신재생에너지 및 수소 관계 각료회의를 열고 6년만에 수소 기본전략을 개정했다.
개정안은 수소 뿐만 아니라 암모니아 연료, 합성 메탄(Methane) 등 수소 화합물까지 대상으로 설정했으며 2020년 그린성장 전략, 2021년 제6차 에너지 기본계획에서 강조했던 2030년 300만톤, 2050년 2000만톤의 수소 도입 목표를 중간 목표로 정리하고 2040년까지 1200만톤을 도입하겠다는 최종 목표를 수립했다.
일본은 2030년 글로벌 수전해 장치 도입량이 134GW에 달할 것으로 예상하고 있으며 일본기업 생산 장치나 일본산 부품을 채용한 장치 비중이 10% 이상에 해당하는 15GW가 되도록 공세를 강화할 계획이다.
이를 위해 수소를 제조원에 따라 그레이, 블루, 그린으로 분류하는 대신 탄소집약도(단위당 수소 제조 시 발생하는 이산화탄소 배출량)로 수소, 암모니아 연료의 청정도를 평가하기 위한 기준을 작성하고 세계 표준으로 정착시키는 것을 새로운 목표로 설정했다.
예를 들어 △저탄소 수소: 원료 포집부터 제조 프로세스 단계까지 이산화탄소 배출량이 3.4kg 수준 △저탄소 암모니아: 생산단계의 이산화탄소 배출량이 0.84kg 이하 기준을 검토하고 있는 것으로 알려졌다.
일본 정부는 그린이노베이션(GX) 경제이행채권으로 20조엔을 조달하고 앞으로 15년 동안 수소, 암모니아 연료 대규모 서플라이체인 구축에만 15조엔을 투자할 방침이다.
수소와 기존 연료 공급가격 차이를 보상하는 제도나 수소‧암모니아 수입 인프라 및 발전‧철강‧화학 등 대규모 수요기업용 공급 인프라 정비 지원금 제도 등이 유력한 것으로 알려졌다.
가격 차이 보상에 탄소집약도별로 수소‧암모니아 연료 청정도를 평가하는 기준을 활용하는 방안을 검토하고 있으며 저장탱크, 파이프라인 등 공급 인프라는 앞으로 10년 동안 대도시 권역에 대규모 3곳, 지방에 분산형 중소규모 5곳 등 합계 8곳을 정비하도록 할 방침이다.

탄소집약도 따라 연료 활용 장려
보조금 지원만으로는 내수 창출이 어렵다는 판단 아래 기존 에너지절약법도 활용한다.
대기업에게 연료 중 수소 사용비중을 의무적으로 정하도록 한 비화석에너지 이용 확대 방안을 통해 탄소집약도가 낮은 수소와 암모니아 활용을 장려하는 방안 등이 거론되고 있다.
수소‧암모니아 연료 수요가 대량 발생할 것으로 기대되는 발전 분야에서는 탈탄소 전력원 전환 투자를 지원하기 위한 장기 탈탄소 전력원 옥션을 도입함으로써 내수시장을 창출한다.
일본은 FIT(고정가격 매입제도)와 FIP(피드 인 프리미엄)를 통해 신재생에너지 보급을 확대하고 있으나 기후에 따라 발전량이 달라지거나 발전 제어가 어렵다는 한계로 화력발전 등 기존 발전소를 계속 활용하고 있다.
그러나 화력발전소는 노후화된 곳이 많아 전력 안정공급을 보장할 수 없으며 새로 건설하려 해도 발전소는 대부분 대규모이기 때문에 전력 자유화 환경에서 투자금 회수가 어려워 설비투자가 미진한 편이다.
따라서 일본 정부는 장기 탈탄소 전력원 옥션 도입으로 탄소중립형 전력원 투자 프로젝트별로 20년 동안 고정수입을 보장하는 방안을 검토하고 있다.
발전‧공급 시 이산화탄소를 배출하지 않는 탈탄소 전력원 투자를 지원하는 것으로 신규 발전소 건설은 수소 및 암모니아 혼소, LNG 화력발전을, 기존 발전소 개량은 화력발전과 LNG 화력을 대상으로 주목하고 있다.
다만, 혼소발전은 초기에만 지원하고 중장기적으로 전소로 전환을 촉진할 예정이며 관련 로드맵 제출을 의무화하기로 했다.

글로벌 수요 확보 목표로 해외연계 강화
수소 기본전략 개정안은 기존 에너지 정책 뿐만 아니라 산업 정책 관점까지 반영했다는 점에서 의미가 큰 것으로 평가된다.
탈탄소, 에너지 안정 공급, 경제성장을 목표로 연료전지, 수전해 장치, 수소 캐리어 등 일본기업들이 이미 우위를 점하고 있는 기술을 활용해 글로벌 시장에 대한 장악력을 확대하겠다는 방침을 담고 있다.
먼저 시장 형성이 상대적으로 빠르고 대규모인지, 또 일본이 기술 우위를 가지고 있는지를 기준으로 △수소 제조(수전해 장치) △수소 서플라이체인 구축 △탈탄소형 발전 △연료전지 △탈탄소형 철강 △탈탄소형 화학제품 △수소 연료 선박 △암모니아 연료 △합성연료 및 합성 메탄 등 카본 리사이클과 같이 9개를 전략 분야로 정하고 정책 지원을 강화하기로 했다.
수전해는 일본기업이 강점을 갖춘 장치, 전해막, 촉매 생산설비를 일본에서 신증설할 때 지원하며 SOEC(고온수증기전해), AEM(음이온 교환막) 등 신기술 개발을 가속화할 예정이다.
또 글로벌 시장점유율을 높일 수 있도록 해외 파트너와의 협력에 대해서도 지원한다.
탈탄소형 화학제품은 이산화탄소를 원료로 올레핀 등 탄화수소를 생산할 때 수소가 필요하기 때문에 수소 공급 인프라 정비를 지원하는 방안을 검토하고 있다.
다른 국가보다 먼저 이산화탄소 베이스 플래스틱 등을 상용화하는 것을 목표로 기술 개발 지원도 강화한다.
수소 분야에서 전자산업처럼 기술 개발에만 성공하고 시장에서는 밀리는 사태를 재연하지 않기 위해 기술개발 단계부터 글로벌 시장을 주목하고 해외기업과 연계해 조기 양산화‧상업화 성과를 올리는 것을 목표로 하고 있으며 그린이노베이션 경제이행채권 조달액 20조엔 활용 방안을 구체화할 예정이다.

글로벌 시장에서 주도권 확보한다!
일본은 수소 기본전략 개정판을 통해 2040년 수소 공급량을 1200만톤으로 현재보다 6배 확대한다.
또 2030년까지 일본기업이 생산한 수전해 장치 혹은 일본산 부품을 채용한 수전해 장치 공급량을 15GW로 늘림으로써 시장점유율 10%를 확보하는 것을 목표로 하고 있다.
목표 달성을 위해 15년 동안 민관 합계 15조엔을 투자하며 수소 서플라이체인 구축을 본격화할 예정이다.
일본은 2017년 세계적으로 상당히 이른 시기에 국가전략으로 수소 기본전략을 설정했고 수소 관련 투자를 민관 공동이 실시하는 흐름을 정착시켜왔다.
개정판은 앞으로도 일본이 수소 분야에서 주도적인 지위를 유지하기 위해 마련한 것으로 수소 공급 목표 등 전체적인 목표를 제시했을 뿐만 아니라 △수소산업 전략 △수소 보안 전략 △수급 일체형 시장 창출 △글로벌 시장 확보 내용으로 구성했다.
수소산업 전략에서는 일본이 주도하고 있는 연료전지, 수전해 등 코어기술이 다양한 수소 사업에서 활용되도록 해 글로벌 시장점유율을 확보하자는 목표를 내세우고 있다.
과거 전자산업에서 추진했던 국가전략과 마찬가지로 일본에서만 통용되는 것이 아니라 글로벌 시장에 통하는 기술을 육성해 조기 양산화 및 산업화를 달성하기 위해 9개 전략 분야를 중심으로 정책을 지원할 방침이다.
특히, 수전해 장치와 전해막, 촉매 등 소재는 일본이 이미 강점을 갖추고 있기 때문에 일본에서 생산설비 확대를 지원하는 방안을 검토하고 있다.
수소 보안 전략은 수소를 대규모로 이용하기 위해 보안 면에서 환경을 정비하는 것이 목적이며, 액화수소 탱크 보안거리 설정 등 기술 기준을 조기에 설정함으로써 글로벌 표준화하는 것을 목표로 하고 있다.
수급 일체형 시장 창출을 위해서는 규제‧지원 일체형 제도를 도입하고 공급‧수요 등 모든 면에서 수소 이용을 촉진시킬 예정이다.
공급 확대를 위해서는 기존 연료와의 가격 차이를 보조하거나 공급 인프라 정비를 지원하는 방안을 검토하고 있으며, 수요 확대를 위해서는 에너지절감법에서 특정 사업자에게 의무화된 비 화석에너지 전환 시 탄소 집약도가 낮은 수소를 활용할 수 있도록 하는 방안을 검토하고 있다.
에너지절감법의 기존 톱러너 제도를 활용해 수소 버너 등 수소 대응제품 개발을 촉진할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
글로벌 시장 확보를 위해서는 유럽‧미국에서 대규모 프로젝트에 참여함으로써 초기 수요를 창출하고 중장기적으로 아시아 제로 에미션 공동체(AZEC)를 조직해 성장 잠재력이 우수한 아시아 수요까지 흡수하는 것을 목표로 하고 있다. (김진희 기자: kjh@chemlocus.com)