점점 더 많은 국가들이 수소 에너지에 대한 전략적 목표를 설정하기 시작했으며, 일부 투자는 친환경 수소 기술 개발에 집중되고 있습니다. EU와 중국은 이러한 발전을 선도하며 기술 및 인프라 분야에서 선점 우위를 점하고 있습니다. 한편, 일본, 한국, 프랑스, 독일, 네덜란드, 뉴질랜드, 호주는 2017년부터 수소 에너지 전략을 발표하고 시범 계획을 수립해 왔습니다. 2021년 EU는 수소 에너지에 대한 전략적 요구 사항을 발표하며, 풍력 및 태양광 에너지를 활용하여 2024년까지 전해조 수소 생산 용량을 6GW로, 2030년까지는 40GW로 확대하고, EU 외 지역에서 40GW를 추가 투자하여 EU 내 수소 생산 용량을 40GW로 확대할 계획입니다.
모든 신기술과 마찬가지로, 친환경 수소는 1차 연구 개발 단계에서 주류 산업 개발 단계로 이동하고 있으며, 이는 설계, 건설 및 설치 과정에서 단위 비용을 절감하고 효율성을 높이는 결과를 가져옵니다. 친환경 수소 LCOH는 전해조 비용, 재생에너지 전력 가격, 그리고 기타 운영 비용의 세 가지 요소로 구성됩니다. 일반적으로 전해조 비용은 친환경 수소 LCOH의 약 20% ~ 25%를 차지하며, 전력에서 가장 큰 비중(70% ~ 75%)을 차지합니다. 운영 비용은 일반적으로 5% 미만으로 비교적 적습니다.
국제적으로 재생에너지(주로 유틸리티 규모의 태양광 및 풍력) 가격은 지난 30년 동안 크게 하락했으며, 균등화에너지비용(LCOE)은 현재 석탄화력발전(30~50달러/MWh) 수준과 유사하여 향후 재생에너지의 가격 경쟁력을 강화할 것으로 예상됩니다. 재생에너지 비용은 매년 10%씩 지속적으로 하락하고 있으며, 2030년경에는 약 20달러/MWh에 도달할 것으로 예상됩니다. 운영비는 크게 절감할 수 없지만, 셀 단위 비용은 절감할 수 있으며, 태양광이나 풍력 발전과 유사한 학습 비용 곡선이 셀에도 적용될 것으로 예상됩니다.
태양광 발전은 1970년대에 개발되었으며, 2010년 태양광 발전 LCoE 가격은 MWh당 약 500달러였습니다. 태양광 발전 LCOE는 2010년 이후 크게 하락하여 현재 MWh당 30달러에서 50달러 수준입니다. 전해 전지 기술이 태양광 전지 생산의 산업적 기준과 유사하다는 점을 고려할 때, 2020년부터 2030년까지 전해 전지 기술은 단위 비용 측면에서 태양광 전지와 유사한 궤적을 따를 것으로 예상됩니다. 동시에 풍력 발전의 LCOE는 지난 10년 동안 크게 하락했지만, 하락폭은 상대적으로 적었습니다(해상 발전의 경우 약 50%, 육상 발전의 경우 60%).
우리나라는 재생에너지원(풍력, 태양광, 수력 등)을 이용하여 전해수소를 생산하고 있으며, 전기요금을 0.25위안/kWh 이하로 통제할 경우 수소 생산 원가는 상대적으로 경제성(15.3~20.9위안/kg)을 확보할 수 있습니다. 알칼리 전해수소와 PEM 전해수소 생산의 기술 및 경제성 지표는 표 1에 제시되어 있습니다.
전기분해 수소 생산의 비용 계산 방법은 식 (1)과 (2)에 나타나 있습니다. LCOE = 고정 비용 / (수소 생산량 x 수명) + 운영 비용 (1) 운영 비용 = 수소 생산 전력 소비량 x 전기 가격 + 수도 가격 + 장비 유지 보수 비용 (2) 알칼리 전기분해 및 PEM 전기분해 프로젝트(1000 Nm3/h)를 예로 들어 프로젝트의 전체 수명 주기가 20년이고 운영 수명이 9×104h라고 가정합니다. 전기분해의 경우 패키지 전해 셀, 수소 정제 장치, 자재비, 토목 공사비, 설치 서비스 비용 및 기타 항목의 고정 비용은 0.3위안/kWh로 계산됩니다. 비용 비교는 표 2에 나와 있습니다.
다른 수소 생산 방식과 비교했을 때, 재생에너지 전기 가격이 0.25위안/kWh보다 낮으면 친환경 수소 생산 비용을 kg당 약 15위안으로 낮출 수 있어 비용 측면에서 유리한 위치를 점하게 됩니다. 탄소 중립이라는 맥락에서, 재생에너지 발전 비용 절감, 수소 생산 프로젝트의 대규모 개발, 전해조 에너지 소비 및 투자 비용 절감, 탄소세 등 정책의 도입을 통해 친환경 수소 생산 비용 절감의 길은 점차 명확해질 것입니다. 하지만 기존 에너지원을 이용한 수소 생산에는 탄소, 황, 염소 등 관련 불순물이 많이 포함되어 있으며, 정제 및 CCUS(탄소동화촉매) 비용이 추가되어 실제 생산 비용은 kg당 20위안을 초과할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 2월 6일