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카본 프리(Carbon-free) 수소 사회의 구축을 목표로 하는 일본의 ‘수소 기본 전략’은?수소사회를 만들기 위한 일본의 전략
  • 한국에너지정보센터
  • 승인 2018.05.09 23:16
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‘수소 사회’라는 말은 몇 년 전 연료 전지 자동차의 상용화와 함께 차세대 에너지의 하나로 일본 매체에서 큰 화제가 되며 알려졌다. 현재도 일본 각 관련 분야에서 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 이렇게 수소가 차세대 신 에너지로 주목 받게 된 이유는 무엇일까?

 

에너지 자원으로서 수소의 특징


수소는 전기를 이용하여 물에서 추출한다. 이 외에도 다양한 자원에서 만들어낼 수 있다. 이를테면 석유와 천연가스 등의 화석 연료, 메탄올과 에탄올, 하수 슬러지, 폐 플라스틱 등 여러 가지 자원에서 얻을 수 있다. 또한 제철소와 화학 공장 등의 그 작업 과정에서도 부수적으로 수소가 발생한다. 수소는 산소와 연계하여 발전(發展)하고, 연소시켜 열 에너지로 사용할 수 있다. 이렇게 에너지 자원으로써 이용하는 경우 CO2를 배출하지 않아 친환경적이다. 다양한 자원에서 쉽게 얻을 수 있다는 점, CO2를 배출하지 않는다는 점, 이러한 두 가지 특성으로 인해 수소는 일본에서 궁극적인 에너지원이 될 가능성이 높다. 에너지원으로서 수소가 가지는 장점을 다음과 같이 정리해 보았다.


첫째, 다양한 자원에서 추출할 수 있다는 것은 다양한 에너지 자원의 이용이 가능하다는 뜻이다. 일본은 1차에너지의 90% 이상을 해외에서 수입한다. 특히 화석 연료에 의존하고 있으며, 특정 해외 지역에 대한 의존도가 높기 때문에 국제 정세의 영향을 받기 쉽다. 일본은 현재 이러한 '에너지 안보'의 관점에서 큰 과제를 안고 있다. 이러한 측면에서 볼 때 해외의 미 이용 에너지와 풍부한 재생 에너지 등 저렴한 자원에서 수소를 만들고, 대체 에너지로 이용할 수 있다면 에너지 비용을 억제하면서 에너지와 에너지 조달처 다변화를 실현할 수 있다. 또한 향후 태양광이나 풍력 등 재생 에너지의 도입이 확대될 것으로 예상되면서, 계절이나 시간대에 따라 사용이 어려워질 수 있는 재생 에너지를 대신해 수소에서 에너지를 만들 수 있을 것이다.

둘째, 수소는 에너지원으로 이용 시 CO2를 배출하지 않는 에너지로 CO2 삭감 등 환경 대책에 도움될 수 있다. 물론 화석 연료에서 수소를 만드는 경우에는 CO2가 배출되지만 해외에서 실용화되고 있는 기술인 CO2를 지중에 저장하는 기술(CCS)과 결합하면 CO2 배출을 줄일 수 있다. 이 방법을 이용한 배출 수치는 음식물 쓰레기나 식물 등 전체로 보면 대기 중 CO2의 양에 큰 영향을 미치지 않는다.

또한 바이오 매스 연료를 원료로 하여 수소를 만들면 대기에 미치는 영향을 막을 수 있다. 특히 앞서 언급한 것처럼 재생 에너지를 사용하여 수소를 만들 수 있다면, 생산에서 사용까지 종합적으로 CO2를 배출하지 않는 수소는 탄소 배출 제로의 에너지가 될 수 있다(카본프리화).
셋째, 일본은 수소 에너지 관련 첨단 기술을 가지고 있다. 예를 들어 앞으로 이야기할 ‘연료 전지 분야’의 특허 출원 건수는 세계적인 수준이다. 이러한 기술 보유는 수소 사회의 실현 추진은 물론 일본의 산업 경쟁력 강화에도 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 이러한 기술을 해외로 전개하는 것은 국제 사회에의 공헌으로도 연결된다.

[그림 1] 수소 에너지 활용의 3가지 관점

 

수소의 에너지 이용 예

현재 예상되는 수소의 적용 대상은 우선 연료전지자동차(FCV)와 연료전지버스(FC 버스)를 들 수 있다. 탑재되는 연료 전지에 수소를 사용하여 전기를 만들어 자동차의 동력으로 이용하는 원리다. 이를 통해 승용차와 화물차의 저탄소화를 도모할 수 있다. 또한 지게차 등 산업용 차량의 수소 적용도 이미 시작되고 있다. 연료 전지는 운송 분야 외에서도 사용되고 있다. 가정용 연료 전지가 그것이다. 이것은 가스에서 수소를 제거하고 산소와 화학 반응을 일으켜 효율적으로 전기를 만들 때 발생하는 열(폐열)을 이용하는 것이다.

이렇게 에너지를 활용하면 일반 가정에서는 25%의 에너지 절약과 40%의 CO2 삭감을 실현할 수 있다. 이러한 장점으로 인해 세계 최초로 판매를 시작한 가정용 연료 전지 ‘에네팜’의 2009년 당시 판매 가격은 300만 엔 이상이었지만, 2017년에는 103만 엔까지 떨어지며 현재 23만대 이상 보급되어 있다. 또한 기존의 발전소와 같은 대규모 수소 발전소의 실현도 기대된다. 최근에는 고베 포트 아일랜드에서 수소를 에너지원으로 만든 전기와 열을 도시에 공급하는 실증 사업이 시작될 예정이다.

[그림 2] 가정용 연료전지 에네팜의 판매 가격과 보급 대수 추이(출처: 일본 자원에너지청)

수소 에너지 사회의 구축을 위해

이러한 수소를 다양한 분야에서 활용해 나가는 수소 사회를 구축하려면 달성해야 할 과제가 아직 많이 남아있다. 예를 들어 해외 자원 등에서 수소를 대량으로 조달•이용하기 위한 제조, 저장, 수송 기술, 수소 발전 기술이 필요하다. 또한 FCV와 에네팜 등의 연료 전지 시스템의 성능 향상과 비용 절감, 주유소처럼 수소를 충전할 수 있는 '수소 스테이션' 인프라 네트워크의 확충, 규제의 재검토 등이다. 이러한 과제를 해결하기 위해 2014년 일본 정부가 책정한 ‘제 4차 에너지 기본 계획’에서는 수소 사회에 대한 검토를 진행할 시기라는 언급이 포함되었다.

이에 따라 2014년 6월에는 '수소•연료 전지 전략 로드맵'이 정리되기도 했다. 2017 년 말 각료회의에서 결정한 ‘수소 기본 전략’이 로드맵의 내용에 포함되면서 수소를 '카본 프리 에너지’의 새로운 대안 중 하나로 자리매김하게 되었으며, 정부 차원에서의 대처를 목표로 방침을 진행하게 되었다.

‘수소 기본 전략’은 수소 이용 시에 CO2를 배출하지 않을 뿐 아니라, 신 재생 에너지 및 CO2를 지중에 저장하는 기술과 결합하여 종합적으로 카본 프리 에너지가 될 잠재력을 지니고 있다. 또한 다양한 자원에서 만들어낼수 있기 때문에 에너지 조달처의 다양화와 자급률 향상에 기여가 기대된다.

‘수소 기본 전략’ 수립의 계기
수소 기본 전략 수립의 계기가 된 것은 2017년 4월에 개최된 '제 1회 신 재생 에너지•수소 등 관계 각료회의’ 에서 아베 신조 일본 총리가 세계 최초로 수소 사회를 실현하기 위해 정부 주도로 연내에 이 전략을 책정하라는 지시가 내려졌기 때문이다. 이에 논의를 거쳐 관계 부처가 방안을 정리하여 '제 2회 신 재생 에너지•수소 등 관계 각료회의’에서 수소 기본 전략이 결정되었다. 수소 기본 전략은 2050년까지를 목표 진행 시점으로 하여 향후 지향해야 할 비전을 제시하고, 수소 생산에서 사용까지 각 부처에 걸쳐 규제 개혁, 기술 개발, 인프라 정비 등의 정책들을 동일한 목표 아래에 통합한 것이다. 이와 관련한 개발은 일본 경제산업성, 국토교통성, 환경성, 문부 과학성, 내각부 등이 참여하고 있다.

‘수소 기본 전략’의 포인트

① 수소 기본 전략은 2050년까지를 전략 시행의 시기로 정하고, 그 동안 지향해야 할 비전을 제시한다. 동시에 그 실천을 위한 2030년까지의 행동 계획도 있다.

② 수소 기본 전략에서는 수소를 재생 가능 에너지와 대등한 새로운 에너지의 대안으로 본다. 재생 에너지를 사용하여 수소를 만들 수 있다면, 생산에서 사용까지 종합적으로 CO2를 배출하지 않는 카본 프리의 에너지를 실현할 수 있다. 수소 기본 전략에서는 세계 최첨단의 일본 수소 기술을 전파하여 세계의 카본 프리화를 이끌어 가려는 결단이 표시되어 있다.

③ 수소 기본 전략에서는 모든 면에서 수소를 에너지로 활용하는 사회, 즉 수소 사회의 실현을 위해 수소의 비용을 휘발유나 LNG 등 기존 에너지와 비슷한 정도로 낮추는 것을 목표로 하고 있다. 현재 1Nm3(기체의 양을 나타내는 단위) 당 100엔인 비용을 2030년에는 30엔으로, 향후 20엔까지 낮추는 것을 목표로 한다.

 

수소의 저비용화를 위한 3 가지 조건

수소의 저비용화를 실현하기 위해서는 수소를 공급하는 측과 수소를 이용하는 측 모두에게 다음의 세 가지 조건을 달성하기 위한 노력이 필요하다. 아래의 ①, ②는 공급 측에 ③은 이용자 측에 노력이 요구되는 사항이다.

① 저렴한 원료를 사용하여 수소를 만든다.
② 수소의 대량생산과 대량수송을 가능하게 하는 공급망을 구축한다.
③ 연료전지자동차(FCV) 및 발전 산업 이용 등으로 대량 수소를 이용한다.

①과 ②에 대해서는 해외의 저렴한 미 이용 자원을 활용하는 것이 효과적이라고 여겨진다. 따라서 현재 호주의 갈탄(저 품질 석탄)과 브루나이의 미 이용 가스 등에서 수소를 생산하고, 이를 일본에 운송하기 위한 국제 수소 공급망의 개발 프로젝트가 진행되고 있다.
수분을 많이 포함한 석탄인 갈탄은 건조하면 자연 발화하기 쉬운 점 등으로 인해 운송이 어렵고, 지역 발전으로밖에 사용되지 않았다. 반면 비용 면에서는 석탄의 10분의 1 이하가 될 가능성이 있어 수소의 저렴한 원료로 유망 시 되고 있다. 있는 그대로는 사용할 수 없는 갈탄을 수소로 바꾸는 것으로써, 에너지로 활용이 가능하기 때문이다. 하지만 수소를 제조할 때 CO2를 배출하기 때문에 CO2를 지중에 저장하는 'CCS'라는 기술 연구 가 동시에 진행되고 있다. 이렇게 해외에서 만들어진 수소를 일본에 수송하기 위해, 시설의 대규모화와 액화하여 운송하는
경우에 대한 특수 선박의 개발이 과제로 남아 있다. 일본에서는 이러한 과제의 해결을 위해 국제 수소 공급망 개발 프로젝트 등 다양한 기술 연구가 진행되고 있다.

재생 에너지 유래의 수소를 만들다

이 외에도 발전하고 남은 재생 에너지의 잉여 전력을 이용하여 수소를 만드는 방안도 검토되고 있다. 이것은 카본 프리화를 실현할 수 있다는 장점은 물론, 잉여 재생 에너지를 효율적으로 활용할 수 있다는 장점도 가지고 있다. 이를 이용하여 입증을 진행하고 있는 것이, 후쿠시마 현 나미에 마치다. 나미에 마치에서는 세계 최대 규모인 1만 kW의 수소 제조 설비를 활용하여 재생 에너지로에서 수소를 제조하는 실증이 행해지고 있다. 2018년 여름부터 공장 건설을 착공할 예정이다. 생산된 수소는 후쿠시마 현은 물론, 2020년의 도쿄 올림픽•패럴림픽 경기 대회 때 도쿄에서 활용하는 것을 목표로 하고 있습니다.


③의 이용 측의 노력으로는 우선 FCV•FCV 버스를 비롯한 수소 이용의 이동성과 수소 스테이션의 보급 가속화를 목표로 한다. 따라서 저비용화를 향한 기술 개발 지원과 규제 개혁 스테이션의 전략적 정비를 진행한다. 발전에 대해서도 노력이 진행되고 있다. 2018년 1월부터 고베 포트 아일랜드에서 수소를 에너지원으로 하여 만든 전기와 열을 도시 지역에 공급하는 세계 최초의 실증을 시작했다. 또한 기존의 대규모 화력 발전소에서 수소를 섞어 연소시키는 것으로 CO2 배출량을 줄이는 기술 개발이 진행되고 있다. 수소 에너지의 상용화가 실현되면 수소의 대량 소비가 전망되기 때문에 공급 측면의 국제 수소 공급망 구축 노력과 함께 2030년경 상용화를 위한 실증 기술 개발을 진행하고 있다.이러한 노력을 근거로 일본은 "2050년까지 CO2 배출을 80% 절감한다"는 장기 목표를 내걸고 있다. 새로운 에너지의 대안으로 수소의 이용을 촉진하는 것은 사회의 카본 프리화 추진이라는 장기 목표 달성에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

 

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