점점 더 많은 국가들이 수소 에너지에 대한 전략적 목표를 설정하고 있으며, 일부 투자는 친환경 수소 기술 개발에 집중되고 있습니다. EU와 중국은 기술 및 인프라 분야에서 선도적인 위치를 확보하기 위해 이러한 개발을 주도하고 있습니다. 한편, 일본, 한국, 프랑스, 독일, 네덜란드, 뉴질랜드, 호주는 2017년 이후 수소 에너지 전략을 발표하고 시범 사업을 추진해 왔습니다. EU는 2021년 수소 에너지 전략 목표를 발표하여 풍력 및 태양 에너지를 활용해 전해 전지를 이용한 수소 생산 능력을 2024년까지 6GW로, 2030년까지 40GW로 확대할 것을 제안했습니다. 이는 EU 역내 수소 생산 능력을 EU 역외에서 추가로 40GW를 확보함으로써 달성하는 것을 목표로 합니다.
모든 신기술과 마찬가지로, 녹색 수소는 기초 연구 개발 단계를 넘어 주류 산업 개발 단계로 진입하고 있으며, 그 결과 단위 비용이 절감되고 설계, 건설 및 설치 효율성이 향상되고 있습니다. 녹색 수소 LCOH(저비용 수소 생산 비용)는 전해조 비용, 재생 에너지 전기 요금 및 기타 운영 비용의 세 가지 구성 요소로 이루어져 있습니다. 일반적으로 전해조 비용은 녹색 수소 LCOH의 약 20~25%를 차지하며, 전기 요금이 가장 큰 비중(70~75%)을 차지합니다. 운영 비용은 상대적으로 적어 일반적으로 5% 미만입니다.
국제적으로 재생에너지(주로 대규모 태양광 및 풍력 발전) 가격은 지난 30년간 크게 하락했으며, 현재 균등화 발전비용(LCOE)은 석탄화력발전(MWh당 30~50달러) 수준에 근접하여 향후 재생에너지의 비용 경쟁력이 더욱 높아질 전망입니다. 재생에너지 비용은 매년 10%씩 지속적으로 하락하고 있으며, 2030년경에는 MWh당 약 20달러에 도달할 것으로 예상됩니다. 운영 비용은 크게 줄이기 어렵지만, 셀 단위 비용은 절감할 수 있으며, 태양광이나 풍력 발전과 마찬가지로 셀 비용 절감에도 유사한 학습 곡선이 적용될 것으로 전망됩니다.
태양광 발전은 1970년대에 개발되었으며, 2010년 태양광 발전의 균등화 발전비용(LCoE)은 약 500달러/MWh였습니다. 2010년 이후 태양광 발전의 LCoE는 크게 감소하여 현재 30~50달러/MWh 수준입니다. 전해 전지 기술이 태양광 전지 생산의 산업적 기준과 유사하다는 점을 고려할 때, 2020년부터 2030년까지 전해 전지 기술의 단위 비용 또한 태양광 전지와 비슷한 추세를 보일 것으로 예상됩니다. 한편, 풍력 발전의 LCOE도 지난 10년간 크게 감소했지만, 감소폭은 태양광 발전에 비해 상대적으로 작습니다(해상 풍력 약 50%, 육상 풍력 약 60%).
우리나라에서는 풍력, 태양광, 수력 등의 재생에너지를 이용하여 전해수 수소를 생산하고 있으며, 전기 요금이 0.25위안/kWh 이하로 통제될 경우 수소 생산 비용은 상대적으로 경제적입니다(15.3~20.9위안/kg). 알칼리 전해 방식과 PEM 전해 방식의 수소 생산에 대한 기술 및 경제성 지표는 표 1에 제시되어 있습니다.
전해 수소 생산의 비용 계산 방법은 식 (1) 및 (2)와 같다. LCOE = 고정비 / (수소 생산량 × 수명) + 운영비 (1) 운영비 = 수소 생산 전력 소비량 × 전기 요금 + 수도 요금 + 설비 유지 보수비 (2) 알칼리 전해 및 PEM 전해 프로젝트(1000 Nm3/h)를 예로 들어, 프로젝트의 전체 수명 주기를 20년, 운영 수명을 9×104시간으로 가정한다. 전해조, 수소 정제 장치, 재료비, 토목 공사비, 설치 서비스비 등의 고정비는 전해조의 경우 kWh당 0.3위안으로 계산한다. 비용 비교는 표 2에 나와 있다.
다른 수소 생산 방식과 비교했을 때, 재생에너지 발전 단가가 0.25위안/kWh 미만으로 낮아지면 친환경 수소 생산 비용은 약 15위안/kg까지 낮아져 비용 경쟁력을 확보할 수 있습니다. 탄소 중립 목표 달성을 위한 노력의 일환으로, 재생에너지 발전 비용 절감, 수소 생산 사업의 대규모화, 전해조 에너지 소비 및 투자 비용 절감, 탄소세 도입 등의 정책적 지원이 이루어지면 친환경 수소 생산 비용 절감의 길은 점차 명확해질 것입니다. 다만, 기존 에너지원을 이용한 수소 생산 과정에서는 탄소, 황, 염소 등의 불순물이 혼입되고, 정제 및 탄소 포집·활용·저장(CCUS) 비용이 추가로 발생하여 실제 생산 비용은 20위안/kg을 초과할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 2월 6일