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현대차 '친환경 트램' SK '그린수소'…31社 43조 투자 채비 끝

수소경제 달리는 기업들
효성, 액화수소 생산 집중
롯데·GS·현대重·두산…
수소밸류체인 구축 속속 동참

여전히 갈길 먼 `퍼스트 무버`
가격 비싸고 대량생산 어려워
`수소의 역설` 넘어야 할 산
기초·원천기술 국산화 시급

◆ 다가온 수소경제 시대 ◆

"불확실하다. 하지만 도전하지 않을 수 없다." 현대차그룹을 중심으로 SK 효성 등이 수소 부문에서 빠르게 치고 나가며 관련 산업을 이끌고 있다. 전 세계적으로 누구도 개척하지 않은 영역이다. 국내 기업 대부분이 앞선 기업을 빠르게 쫓는 '패스트 폴로어(Fast Follower)'로 성장해 왔던 만큼 시장을 선도하는 '퍼스트 무버(First Mover)' 경험은 부족하지만 시장 선점을 위해 과감한 투자에 나서고 있다. 전문가들은 수소사업의 불확실성을 해소하고 관련 시장을 주도하기 위해서는 기초·원천기술 확보에 적극적으로 투자해야 한다고 조언한다.

재계에서 수소 사업 투자 계획을 밝힌 곳은 현대차·SK그룹 등 9곳으로 수소 사업을 진행하고 있는 계열사는 31개에 달한다. 투자 규모도 막대하다. 지금까지 발표된 것만 43조원이나 된다. 이것도 롯데와 GS, 현대중공업, 두산 등 투자 규모를 구체적으로 밝히지 않은 4개 그룹은 제외된 수치다.

수소경제를 이끌고 있는 곳은 현대차그룹과 SK그룹이다. 특히 현대차그룹은 국내에서 수소차를 만드는 유일한 기업으로 국내 수소 수요의 상당 부분을 책임지며 중추적인 역할을 담당하고 있다. 현대차는 현대제철 현대로템 현대글로비스 등 완성된 자동차산업 핵심 뼈대를 수소산업 경쟁력으로 연장하고 있다. 현대제철이 제철소에서 발생하는 가스를 통해 '부생수소'를 만들고 현대글로비스가 수소 운송 시스템을 개발한다. 이를 현대차의 연료전지 발전과 수소차, 현대로템의 수소 트램 등이 활용하는 형태다. SK그룹은 정유 분야에서 쌓은 오랜 경쟁력을 살려 수소 생산·유통을 필두로 저장과 활용까지 전 밸류체인에 참여하고 있다. SK(주)와 SK E&S를 중심으로 액화천연가스(LNG)를 고온·고압의 수증기와 반응시켜 '개질수소'를 만들고 탄소 배출이 없는 '그린 수소' 기술 개발에도 나섰다. SK그룹은 5000억원을 투자해 인천시 서구 원창동 일대 SK인천석유화학단지 내 용지 약 4만3000㎡를 매입하고 2023년까지 연산 3만t의 수소 액화플랜트를 완공할 계획이다. 여기에 주유소 사업을 활용한 충전소 사업 등 수소 유통에도 힘쓴다.

효성은 액화수소에 집중한다. 액화수소는 부피가 커 수송·저장 시 효율이 떨어지는 기체수소의 단점을 보완할 수 있어 수소경제 현실화의 핵심으로 꼽힌다. 효성은 지난달 1만3000t 규모 액화수소 플랜트 공사를 시작했다. 이와 별도로 5년간 1조원을 투자해 액화수소 생산 능력을 3만9000t까지 늘릴 방침이다. 효성이 액화수소 충전 기술과 설비 국산화를 추진한다는 점도 주목할 부분이다. 포스코 롯데 한화 GS 등도 수소시장에 진출했다. 모두 정유·화학공장에서 발생하는 부생수소를 기반으로 저장·유통은 물론 수소연료전지 발전소 개발에도 나서고 있다.

원자번호 1번인 수소 1g의 발열량(에너지)은 석유의 3배에 이른다. 연소 시 에너지와 물을 배출하는 만큼 청정에너지로 꼽힌다. 하지만 수소를 에너지원으로 활용하기 위해서는 넘어야 할 산이 많다. 에너지원으로 쓸 수소를 얻기 위해 별도의 에너지를 투입해야 하기 때문이다. 이른바 '수소의 역설'이다. 태양광 등 재생에너지를 활용해 수소를 얻을 수 있지만 가격이 비싸고 대량 생산이 어려워 경제성이 떨어진다. 부생수소와 개질수소는 생산 과정에서, 물을 전기분해해 수소를 얻는 전기 생산 과정에서 탄소가 발생한다는 문제점이 있다. 저장·유통 분야도 해결해야 할 과제가 적지 않다. 수소의 끓는점은 영하 260도로 수소를 액체로 만들어 유통하기 위해서는 저온 관리 기술 확보가 필수다. 이덕환 서강대 화학과 명예교수는 "냉정하게 수소를 에너지원으로 활용하려는 시도는 초기 단계"라며 "기술과 전기 없이 수소경제 도래를 바라는 것은 어불성설"이라고 말했다. 이 같은 어려움 속에서도 기업들이 수소에 매달리는 이유는 명확하다. 한종희 한국과학기술연구원(KIST) 청정신기술연구소장은 "많은 나라와 기업들이 탄소중립을 선언한 상황에서 대안은 수소밖에 없다"며 "미리 나서야 경쟁력을 갖출 수 있는 만큼 서둘러 투자를 확대하고 있는 것"이라고 말했다.

기업들은 수소사업에 대한 투자 리스크를 줄이기 위해 적극적인 합종연횡에 나서고 있다. 한 화학업계 관계자는 "수소사업이 이제 막 태동하고 있는 산업이다 보니 뭘 해야 하는지, 경제성은 있는지 등 판단하기 어려워 다른 기업과 손잡고 리스크를 최소화하려는 시도가 이어지고 있다"고 말했다.

[원호섭 기자 / 최근도 기자]
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CO2 발생 없는 청정 에너지
美·中·러등 70개 사업 진행중
워런버핏·빌게이츠도 합작
韓도 뒤늦게 개량형모델 추진

주요장비 용기 하나에 담아
연결배관 없애 안전성 높여

모듈화된 부품 조립하면 끝
기존 원전보다 건설비 저렴

◆ SMR로 원전 재도약 ◆

'탈(脫)원전'을 부르짖던 현 정부마저 소형모듈원자로(SMR)에 대해서만큼은 전향적인 입장을 보임에 따라 SMR에 대한 궁금증이 증폭되고 있다. 마이크로소프트 창업자인 빌 게이츠와 워런 버핏 버크셔해서웨이 회장이 폐쇄 석탄공장용지에 소형 원자력발전소를 건설하겠다고 나서는 등 SMR가 전 세계적으로 관심을 끌면서 침체됐던 원자력발전산업에도 훈풍이 불 전망이다. 특히 SMR는 전 세계가 공동으로 추구하는 목표인 '2050 탄소중립'의 해결사로 거론되고 있어 더욱 주목된다. 원자력은 탄소를 전혀 활용하지 않는 에너지원으로 이산화탄소 등 탄소를 배출하지 않기 때문이다.

SMR는 기존 대형 원전의 단점을 줄이고 장점을 극대화한 원자로로 불린다. SMR는 300메가와트(㎿)이하의 출력을 내는 소형 원전으로, 한국이 개발을 추진하는 혁신형 SMR(iSMR)는 170㎿ 규모다. 가장 최근 건설된 대형 원전인 신고리 4호기 전기 출력이 1400㎿인 것과 비교하면 약 8분의 1에 불과하다.

특히 SMR는 원자로와 증기발생기, 냉각재 펌프, 가압기 등의 주요 기기가 하나의 원자력 압력용기에 담겨 있는 '일체형'이다. 기존 대형 원전의 경우 이들이 모두 따로 배관으로 연결돼 있는 구조로 만들어져 있기 때문에 사고가 발생하면 연결부위에서 방사능이 유출될 수 있다. 하지만 SMR는 구성 요소들이 하나의 압력용기에 들어가 있어 사고가 발생해도 방사능 유출 위험이 현저히 줄어든다. 기존 원전의 가장 큰 걸림돌인 '안전성 문제'가 해소된 원전인 셈이다. 실제 SMR의 안전성 기준은 10억년에 1회 노심 손상이다. 사고가 일어날 확률이 10억년 중에 한 번이라는 뜻이다. 기존 대형 원전의 노심 손상 확률 기준은 10만년에 1회인데, 이보다 1만배 높인 것이다.

현재 러시아, 미국, 중국 등 여러 국가에서 민간 주도 혹은 민관 협동으로 70여 개의 노형(원자로 형태)이 2020년대 후반 이후 상용화를 목표로 개발 중이다. 이렇게 많은 기업과 국가들이 뛰어드는 이유 중 하나는 SMR의 경제성이다. SMR는 소형 '모듈' 원자로라는 이름에서도 알 수 있듯이 조립방식으로 생산된다. 모듈화된 SMR를 생산하고 이를 원전 현장으로 운송해 설치할 수 있다. 이 때문에 설계가 상대적으로 단순하다. SMR 생산 공정화 효율성을 높일수록 경제성은 더 좋아진다.

현재 SMR를 개발 중인 업체들은 100㎿짜리 모듈 하나당 목표 비용을 약 4000억원으로 정해놓고 있다. 한국을 기준으로 1400㎿ 대형 원전을 짓는 데 들어가는 비용은 약 5조원, 프랑스 원전은 약 10조원에 달한다. 100㎿ 모듈 14개가 있어야 대형 원전의 전기 출력을 낼 수 있기 때문에 100㎿ 모듈을 14개(5조6000억원) 지을 경우 대형 원전을 짓는것과 비용 측면에서 차이가 없다. 그럼에도 불구하고 경제성이 SMR의 가장 큰 강점으로 부각되는 이유는 초기 투자 비용이 저렴하기 때문이다. 임채영 한국원자력연구원 혁신원자력시스템연구소장은 "SMR는 대형 원전처럼 한 번에 큰 비용을 내서 크게 지을 필요가 없기 때문에 특히 민간 기업이 참여할 수 있는 기회가 된다"고 설명했다. 완공까지 최소 4~5년이 걸리는 대형 원전에 비해 완공에 걸리는 시간이 약 2년으로 줄어들기 때문에 이자 비용 등 금융비용도 상당히 절감된다. 심형진 서울대 원자핵공학과 교수는 "SMR는 건설기간 단축으로 건축시간은 줄이고 발전을 통해 수익이 발생하는 시점도 당겨지기 때문에 대출 상환 시점 역시 빨라진다"고 말했다.

한국이 개발을 추진 중인 iSMR는 올해 예비타당성 조사가 통과되면 연구를 시작해 2028년까지 기술 개발을 마치고 2030년 상용화를 목표로 하고 있다. 이미 미국과 일본 등에서 수년 전부터 개발이 시작된 만큼 늦은 감이 있지 않느냐는 우려도 나온다.

하지만 한국은 SMART(스마트)라는 이름의 100㎿급 소형 원자로를 개발해 2012년 세계 최초로 표준설계인가를 획득했기 때문에 관련 시장에서 크게 뒤처지지는 않을 것이라는 게 전문가들의 평가다. 임채영 소장은 "기존 SMART 원자로와 iSMR는 출력과 모델이 다르지만 SAMRT 개발 당시 개발했던 기술의 약 60%는 iSMR에서도 활용할 수 있을 것으로 본다"고 설명했다.

게이츠가 설립한 원전 스타트업 테라파워가 버핏 회장 소유의 전력회사 퍼시피코프와 함께 건설할 계획인 SMR는 '소듐냉각고속로(SFR)' 방식이다. SFR 방식은 고속 중성자를 이용해 핵분열을 한 후 원자로에서 발생하는 열을 기존 원전들처럼 물로 식히는 게 아닌 액체소듐으로 식힌다. 국내에서도 1997년부터 SFR를 연구해 지난해 개발은 사실상 완료된 상태다. 다만 한국의 SFR는 전기 생산용이 아니라 사용 후 핵연료를 태우는 용도로 설계되어 있기 때문에, 이를 전력 생산용으로 바꾸는 연구를 진행 중이다.

초고온가스로(VHTR) 역시 SMR 개발 붐이 일어나면서 주목받는 4세대 원자로로 꼽힌다. 중국은 2018년 VHTR 실증로를 구축하는 등 관련 연구에서 선두를 달리고 있으며, 한국의 경우 일부 핵심 기술에 대한 연구가 진행되어 있는 상태다.

차세대 원전 중 가장 주목받고 있는 원자로는 용융염원자로(MSR)이지만 아직 개발 초기 단계다. 국내에서는 원자력연이 삼성중공업과 선박용 MSR를 공동 개발하기로 최근 합의했다.

[이새봄 기자 / 이종화 기자]
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요약

• 업스트림은 차치하더라도 가장 중요한 전략적 포지션인 미드스트림(원재료가공, 베터리 생산)의 중국 비중 높아

• 미국의 후방산업 수요 창출 약속: 우리나라의 베터리 업체들에게는 매우 유리한 환경

• 미국 시장에서의 중국업체 경쟁 제한