[에너지]수소 경제 밸류체인 분석

(20201030) Industry Watch 2020-10 뉴딜 인프라 산업 벨류체인 검토 - 수소경제.pdf

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키워드

• 수소밸류체인: 생산->저장,운송->충전->연료전지

• 우리나라는 생산 단계의 가격경쟁력이 열위하나 수소차·발전 등 활용은 우수하며, 유통과정은 국산화 대체가빠르게 진행되고 있어 전반적으로 성장성이 양호

  • [생산] 민·관의 수소 생산시설 투자가 늘어날 전망이나 그레이수소 위주인 점이 한계
  • [저장·운송] 수소의 유통량 증가와 국산화 대체로 저장용기 등 핵심 부품·소재 수요가 증가할 전망
  • [충전] 충전소 운영사업은 당분간 저조한 수익성이 지속되나 충전소 설치 증가에 따라 기계설비와 부품은 수혜를 받을 것으로 보임
  • [연료전지] 전해질막, 전극촉매, GDL 등의 핵심소재 개발 필요장기적으로 수소경제 전 주기에 걸쳐 수요가 늘어날 것으로 예상하며, 금융회사는 밸류체인 별로 새로운 사업기회를 모색할 필요

• 태양광, 풍력과 함께 수소산업을 육성하여 저탄소 경제로 전환을 촉진

  • 재생에너지는 발전량이 일정하지 않고 국내 자연환경의 특성상 확대에 한계가 있어 태양광·풍력에 이어 장기적으로 수소경제1)를 구축할 필요

• 수소 생산

  • 수소는 생산 방식에 따라 추출수소, 부생수소, 수전해 수소로, 화석연료 사용 정도에 따라서는 그레이수소(추출수소, 부생수소 등)와 블루수소(그레이수소에 탄소포집·저장 기술 적용), 그린수소(신재생에너지 전력을 이용한 수전해)로 분류
    • 추출수소: 천연가스를 개질시키거나 석탄을 고온에서 가스화시켜 추출
    • 부생수소: 석유화학, 제철 공정에서 발생하는 혼합가스를 정제하고 순도를 높여 생산
    • 수전해수소: 전해질에 전력을 공급하여 물을 수소와 산소로 분해하는 기술
    • 그레이: 수소의 생산 과정에 화석연료가 이용 (추출수소와 부생수소 해당)
    • 블루: 그레이수소에 CCS(탄소포집·저장) 기술을 적용하여 탄소배출 저감
  • 그린수소는 최종적인 목적지이나 전기분해 과정에 다량의 전력이 소요되어 생산단가는 현재 그레이수소 대비 3~5배 높은 수준
  • 수전해 기술은 전력비용이 원가의 80%를 차지하기 때문에 전기분해 공정에 투입되는 재생에너지 발전단가에 따라 국가별로 가격경쟁력이 크게 차별화
  • 국내 재생에너지 LCOE(균등화 발전원가)는 전세계 평균 대비 2배 가량 높은 수준으로, 원가경쟁력을 확보하기 어려움
  • 낮은 원가로 그린수소 제조가 가능한 해외 생산기지를 구축하거나 그린수소수입이 필요할 것으로 예상

• 운송과 저장

  • 현재 수소의 운송·저장 방식은 기체수소를 고압으로 압축하여 튜브트레일러(특장차 위에 수소가스 저장용기를 장착, 주로 중거리 이송용)나 파이프라인(단거리)을 통해 이송하는 방식이 보편적으로 활용
  • 기체수소 고압 저장용기 국산화 현황
    • 엔케이 : 튜브트레일러를 제조할 수 있는 국내 유일 업체로, 저장용기 국산화도 추진(2018년 600bar급, 870bar급의 타입3 개발, 타입4 개발 중)
    • 일진복합소재 : 현대차와 타입4 수소자동차용 제품 납품 계약(2020)
    • 한화솔루션 : 450bar, 300L 이상의 튜브트레일러용타입4 개발, 2022년 상용화 계획
    • 롯데케미칼 : 한국탄소융합기술원 등과 공동으로수소저장탱크(700bar, 1400L) 개발
    • 효성첨단소재 : 수소연료 탱크용 탄소섬유 개발, 제품 인증 진행중으로 알려짐
  • 기체수소를 운송·저장하는 기술은 저장용기 압력을 높여 운송량을 늘리는 것이 핵심 경쟁력이나 고압용기는 높은 압력을 견딜 수 있도록 복합소재를 이용해 제조가 어렵고 원가부담이 높음
  • 액체 저장은 수소를 영하 253도 이하로 냉각하여 액화하는 방식으로, 이론상대기압 상태에서 기체 대비 저장량이 약 240배 증가9)수소의 유통량이 늘어날수록 비용을 절감을 위해 액화수소 도입이 필수적
  • 액화수소 운송비는 기체수소의 10분의 1에 불과
  • 특히 해외 수입의 경우 선박으로 수소를 운송하기 때문에 천연가스와 마찬가지로 액화수소 전용 선박, 액화수소 플랜트 등의 기술과 설비가 필요

• 수소충전소

  • 수소충전소는 건설비 부담이 높고, 가동률이 낮은 수준에 머물러 있어 당분간 영업적자가 이어질 것으로 추정
  • 충전소 구축비용은 오프사이트의 경우 2631억원, 수소추출기 등을 포함하는 온사이트는 5060억원 수준으로, 설비보조금 없이 민간 참여가 어려운 영역
    • 정부􀀁 설비지원금: 수소충전소 설치비용의 50%(수소버스 70%) 지원
    • (오프사이트) 외부 생산한 수소를 튜브트레일러 등으로 이송, (온사이트) 수소 추출설비와 저장, 충전 설비가 일괄 구축
  • 특히 충전소 가동률이 20%대에 그쳐 자본비용이 전체 운영비의 56%에 달하고, 하이넷(수소충전소 SPC)의 경우 2027년까지 영업적자가 이어질 전망12)

• 연료전지

  • 수소를 전기에너지로 전환하는 장치인 연료전지 제조 능력 우수13)
  • 발전용 대형 연료전지의 경우 한국은(세계시장 점유율 40%) 전세계 최상위의생산능력 보유(* 두산퓨얼셀(인산형), 한국퓨얼셀(용융탄산염), 블룸SK퓨얼셀(고분자전해질) 등)

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