‘수전해 설비(electrolyser)’ 한국은 아직 개발단계 VIDEO: Enapter to build green electrolyser factory in Germany
[수소경제] 깨끗한 수소? '수전해 설비' 없이는 불가능… 한국은 아직 개발단계
남아메리카 대륙의 파타고니아(Patagonia)는 자연경관이 세계에서 가장 아름다운 지역 중 하나로 꼽힌다. 아르헨티나와 칠레가 공유하는 남아메리카 최남단을 포함하는 지방으로, 안데스산맥을 기준으로 양국이 구분된다. 서쪽의 칠레 파타고니아는 안데스산맥의 높이가 점점 낮아지면서 나타나는 고원 지대로, 남극에 가까운 지리적 특성상 바람이 많이 분다.
Enapter to build green electrolyser factory in Germany October 14 (Renewables Now) - Hydrogen electrolysers maker Enapter today said it has selected Saerbeck in North Rhine-Westphalia, Germany as the location for its first electrolyser mass-production facility. Construction will start early next year and wrap up in 2022. The Enapter Campus will include extensive R&D facilities and a plant with the capacity to produce more than 100,000 Anion Exchange Membrane (AEM) electrolyser modules per year. With its automated mass production capabilities, the facility will achieve economies of scale that bring the modular green hydrogen technology a step closer to price parity with grey hydrogen production, Enapter noted. The power for all that will come from solar, wind and biomass plants in the area and from on-site solar and hydrogen storage systems. “We were overwhelmed by the exceptional conditions for green business offered throughout Germany as we investigated 140 locations for our Campus. However, Saerbeck won us over with 100% locally produced renewable energy and its inviting infrastructure,” said chairman Sebastian-Justus Schmidt. Image by Enapter (www.enapter.com). In addition to being renewables-powered, the Enapter Campus will also be a zero-waste operation and it will accommodate a facility for recycling end-of-life electrolysers. In September 2019, the company opened a serial fabrication facility in Pisa, Italy. View full text https://renewablesnow.com/news/enapter-to-build-green-electrolyser-factory-in-germany-717241 |
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세계적인 에너지 기업들은 파타고니아의 이런 특성을 활용해 수소 생산에 나섰다. 독일 고급 자동차 회사 포르쉐는 독일 지멘스 에너지, 이탈리아 재생에너지 회사 에넬과 손잡고 칠레 마젤란 해협 북쪽 카보 네그로에 온실가스가 나오지 않는 ‘그린수소’ 생산시설을 짓겠다고 이달 2일 발표했다. 에넬 측은 "남미 최대 규모의 그린수소 공장이 될 것"이라고 밝혔다.
한국을 포함한 세계 주요국이 수소경제 육성에 속도를 내면서 ‘수전해 설비’ 개발과 확충에 총력을 기울이고 있다. 온실가스 배출이 없는 진정한 수소경제를 구축하려면 태양광·풍력 등 재생에너지 기반 전력으로 그린수소를 만들어야 하는데, 수전해 설비 없이는 불가능하기 때문이다.
독일 서부 도시 마인츠에 위치한 풍력에너지 기반 수소생산시설 ‘에네르기파크 마인츠’ 전경. 독일 대표 제조기업 지멘스의 PEM 수전해 설비를 사용해 그린수소를 생산한다. / 지멘스 제공
수소는 제조 방식에 따라 석유화학 공정의 부산물로 나오는 '부생수소', 천연가스를 개질해 만드는 '추출수소', 물을 전기분해해 생산하는 '수전해 수소(그린수소)'로 구분된다. 현재 부생수소와 추출수소가 국내서 생산되는 수소의 90% 이상을 차지하지만, 이처럼 화석연료를 사용한 수소 생산 방식은 생산 과정에서 온실가스를 다량으로 배출한다는 문제점을 안고 있다. 그래서 주요국은 그린수소 생산에 중점을 둔 수소경제 정책을 세우고 있다.
그린수소 중심의 수소경제를 구축하려면 태양광·풍력 등 재생에너지는 물론, 고성능 수전해 설비가 필요하다. 그러나 한국은 아직 수전해 설비의 효율이 경쟁국에 비해 떨어지는 데다 핵심 소재 기술이 부족해 상용화에 어려움을 겪고 있다는 지적이 나온다. 한국에너지기술연구원에 따르면 지난해 기준 독일은 이미 55MW(메가와트) 이상의 수전해 설비를 사용 중인 반면, 한국은 아직 개발 단계에 머물러 있다. 이웃나라 일본도 10MW급의 수전해 설비를 갖추고 있다.
수전해는 전기화학반응을 이용해 수소와 산소를 생산하는 기술이다. 수전해 설비는 양극과 음극, 분리막으로 구성된 ‘수전해 셀’로 이뤄졌다. 음극·양극에서는 수소와 산소가 각각 발생하고 분리막은 수소와 산소의 혼합을 막아주는 역할을 한다. 수전해 설비의 효율은 수전해 셀의 성능에 좌우된다. 현재 노르웨이 수전해 설비제조회사 넬(NEL), 일본 아사히 카세이 등 해외 기업의 수전해 설비 효율이 80%을 웃도는 반면, 국산 수전해 설비의 효율은 70%에도 못 미친다.
국산 수전해 설비가 해외 수전해 설비보다 효율이 떨어지는 이유는 한국의 수전해 기술 관련 연구개발(R&D) 역사가 짧고, 아직 관련 시장이 형성되지 않았기 때문이다. 수전해 설비는 일반 전기를 사용한 1세대와 재생에너지를 연계한 2세대로 나뉘는데, 유럽의 경우 1세대 수전해 설비 개발 역사가 120여년에 달한다. 2세대 수전해 설비 역시 12년 이상 개발해왔다. 우리나라의 경우 본격적으로 수전해 기술 개발에 나선 지 약 5년밖에 안된다.
상황이 이렇다 보니 국내 기업이 제작하는 수전해 설비도 핵심 소재(양극·음극·분리막)는 외국산을 수입해 쓰는 실정이다. 국내 수소생산시설 사업에 참여하는 대기업들도 국산을 쓰거나 직접 개발하는 대신 외국산 수전해 설비를 수입해 사용하고 있다. 국내 수소업계에서는 "정부의 적극적인 수소경제 전략이 자칫하다 해외 기업만 배불릴 수 있다"고 우려한다. 그러면서 에너지 자립이라는 목표를 달성하려면 정부와 기업이 힘을 합쳐 국산 수전해 설비 역량을 끌어 올리고 관련 시장을 키워 비용 절감에 힘써야 한다고 입을 모은다.
현재 그린수소가 화석연료 기반 수소 대비 단가가 높은 이유 중 하나로 비싼 수전해 설비 비용이 꼽히는데, 수전해 설비를 다량으로 구축하게 되면 규모의 경제를 통한 비용 절감이 가능할 것으로 업계는 보고 있다. 현재 우리나라 그린수소의 평균가격은 kg당 약 1만원으로 부생수소(약 1500원), 추출수소(약 5000원)보다 비싸다.
그래픽=정다운
유럽은 그린수소의 경제성 확보 노력의 일환으로 지역 내 수전해 설비를 대폭 늘리기로 했다. 유럽연합(EU)은 지난 7월 발표한 수소전략에서 오는 2030년까지 수전해 설비 개발과 확충에 420억유로(약 57조원)을 투입한다고 밝혔다. 2024년까지 수전해 설비 6기가와트(GW)를 구축해 100만톤의 그린수소 만들고, 2030년까지 수전해 설비 40GW를 마련해 1000만톤의 그린수소를 생산한다는 목표를 세웠다. 이런 정책 지원에 발맞춰 지멘스, 티센크루프 등 유럽 주요 기업들도 수전해 설비 개발과 생산에 박차를 가하고 있다.
정부도 유럽만큼은 아니지만, 수전해 기술 투자와 설비 확충에 나선다는 계획이다. 과학기술정보통신부는 수전해 기술을 포함해 친환경적인 방법으로 수소를 생산하고 효과적으로 저장하는 기술에 5년간 500억원을 투입하기로 했다. 수전해 기술은 크게 알칼라인 수전해 기술(AE), 양성자 교환막 수전해 기술(PEM), 고온 수증기 수전해 기술(HTE)로 나뉘는데, 이 가운데 가장 경제적이면서 효율적인 알칼라인과 PEM 기술에 예산을 집중한다는 방침이다.
김창희 한국에너지기술연구원 박사(수소연구단장)은 "2세대 수전해 설비의 경우 한국이 지금은 유럽 등에 뒤처져 있지만, 기업들이 정부 출연 연구소나 대학에서 개발한 첨단 수전해 기술을 활용할 의지만 있다면 3~5년 내 충분히 따라잡을 수 있을 것으로 예
상한다"며 "기업의 적극적인 참여를 유도하려면 정부도 보조금 같은 유인책을 마련할 필요가 있어 보인다"고 말했다.
현재 대기업 중에서는 한화그룹이 직접 수전해 설비를 개발하겠다고 발표한 상태다. 한화솔루션 관계자는 "수년 내 혁신적인 수전해 설비를 선보이겠다"며 "기존 기술보다 전력을 덜 쓰고 투자비도 절감할 수 있는 방향으로 연구를 진행 중"이라고 말했다.
이재은 기자 조선비즈
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