핵심 기술로서의 수소의 경쟁력 : 독일 경제를위한 전략과 조치

핵심 기술로서의 수소의 경쟁력 : 독일 경제를위한 전략과 조치

기후 중립 경제로의 전환은 독일에게 막대한 도전 과제를 안겨줍니다. 녹색 수소는 핵심 기술이자 에너지 전환의 중요한 요소로 여겨집니다. 그러나 현재 분석에 따르면 수소 생산 비용은 여전히 ​​화석 연료보다 상당히 높습니다. 그럼에도 불구하고 고무적인 발전이 있습니다. 적절한 정책적 틀이 마련된다면 2030년까지 특정 분야에서 녹색 수소가 경쟁력을 갖출 수 있을 것입니다. 이를 위해서는 생산 시설, 인프라 및 기술 혁신에 대한 대규모 투자가 필요하며, 동시에 유럽 차원의 가치 창출도 보장해야 합니다.

수소 경제의 현황

전문가들은 수소를 미래의 핵심 에너지 운반체이자 "에너지 전환 퍼즐의 빠진 조각"으로 묘사합니다. 수소는 에너지 안보, 기후 중립성, 경쟁력을 하나의 개념으로 결합합니다. 독일 연방 정부는 이러한 중요성을 인식하고 2020년 6월 국가 수소 전략(NWS)을 발표했습니다. 이 전략은 독일에서 친환경 수소를 생산, 운송, 그리고 궁극적으로 사용하는 수소 경제를 구축하기 위한 토대를 마련합니다. 목표는 야심찹니다. 2030년까지 총 10기가와트(GW) 규모의 친환경 수소 생산 시설 과 관련 재생 에너지 발전 시설을 건설하는 것입니다.

독일은 포괄적인 수소 인프라 네트워크 구축을 계획하고 있습니다. 2027/28년까지 기존 파이프라인을 개조하거나 신규로 건설된 1,800km 이상의 수소 파이프라인으로 구성된 초기 네트워크를 완성하고, 유럽 전역에 걸쳐 약 4,500km를 추가할 예정입니다. 장기 계획에 따르면 2032년까지 네트워크를 9,040km로 확장하여 독일 전역의 주요 수소 허브(항구, 생산 시설, 산업 중심지)를 연결할 계획입니다. 첫 525km 구간은 2025년까지 가동될 예정이며, 이를 통해 수소 경제의 가속화를 더욱 실질화할 수 있을 것입니다.

이러한 야심찬 계획에도 불구하고 독일의 수소 경제는 아직 초기 단계에 머물러 있습니다. 현재 시장 성장세는 기대보다 더디게 진행되고 있습니다. 생산자, 운송 인프라, 그리고 수요가 충분히 조화를 이루지 못하고 있어 수소 경제 발전을 저해하고 있습니다. 더욱이, 현재 친환경 수소의 생산 비용은 기존 에너지원에 비해 상당히 높습니다.

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수소의 비용 요인 및 가격 격차

현재의 비용 상황은 친환경 수소 시장 확대를 가로막는 가장 큰 장애물 중 하나입니다. 연구에 따르면 2030년에도 친환경 수소 생산 비용은 2.3배 높을 . 이러한 가격 격차는 잠재 고객과 투자자에게 중요한 문제입니다.

수소 생산 비용이 높은 데에는 여러 요인이 복합적으로 작용합니다. 생산 측면에서는 전해조 설치 비용과 전기 비용이 주요 요인입니다. 하지만 수소 위원회가 의뢰한 맥킨지 보고서에 따르면, 전해조 비용은 2020년 kW당 660~1,050달러에서 2030년 kW당 230~380달러로 크게 감소할 것으로 예상됩니다. 운송 및 인프라 구축 비용, 규제 비용 및 세금 또한 가격을 상승시키는 요인입니다.

운송 비용을 과소평가해서는 안 됩니다. 북아프리카에서 서독까지의 운송 비용은 kg당 약 0.5달러로 추산됩니다. 해상으로 장거리를 운송할 경우, 액체 수소로의 변환이나 LOHC 또는 암모니아와 같은 운반 액체의 첨가로 인해 운송 비용이 kg당 2~3달러까지 상승할 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 장기적인 가격 전망은 긍정적입니다. 2035년 이후 수소 최종 소비자 가격은 하락하여 천연가스 가격에 근접할 수 있습니다. 이러한 가격 하락의 주요 요인으로는 수소 생산 비용의 감소와 배출권 거래제 도입에 따른 이산화탄소 가격 상승이 있습니다. 2045년까지 수소 가격은 kWh당 약 11~15센트까지 떨어질 수 있습니다. 반면, 건물 에너지법 초안에 따라 2045년부터 천연가스 사용이 금지되더라도, 특히 이산화탄소 가격 상승으로 인해 최종 소비자 가격은 kWh당 10~12센트까지 상승할 것으로 예상됩니다.

경쟁력 증진을 위한 정치적 조치

친환경 수소의 경쟁력을 높이기 위해 독일 연방 정부는 다양한 정책 수단을 도입했습니다. 국가 수소 전략은 이러한 정책의 포괄적인 틀을 제공하며, 수소 기술의 시장 확대를 지원하고 관련 가치 사슬을 구축하기 위한 총 37가지 조치를 포함합니다. 이러한 조치에는 재생 에너지 및 친환경 수소로의 전환을 촉진하는 법적 틀 마련과 인프라 확충 등이 포함됩니다.

친환경 수소의 경쟁력에 있어 가장 중요한 요소는 이산화탄소 배출권 가격입니다. 이산화탄소 가격이 톤당 100유로에 달하면 도로 및 철도 운송은 물론 정유 및 철강 생산의 원료로 사용되는 등 친환경 수소의 경쟁력이 크게 향상됩니다. 이산화탄소 가격이 톤당 35~50달러 수준일지라도, 탄소 포집 및 저장 기술을 적용한 천연가스로 생산된 블루 수소는 탄소 포집 및 저장 기술을 적용하지 않은 천연가스로 생산된 그레이 수소와 가격 경쟁력을 확보할 수 있습니다.

독일과 유럽연합(EU)은 향후 몇 년간 친환경 수소 생산을 확대하고 산업계를 기후 중립적인 생산 방식으로 전환하기 위해 수십억 유로를 지원할 예정입니다. 2020년 6월 3일 발표된 경기 부양책에는 추가로 90억 유로가 편성되었습니다. 이 자금은 수소 및 연료전지 기술 국가 혁신 프로그램(2016~2026년 최대 14억 유로 배정)과 "아이디어 공모전: 수소 공화국 독일" 등 다양한 프로그램에 투입될 예정입니다.

또한, 독일 연방 경제·기후변화부(BMWK)는 유럽연합 집행위원회와 수소 발전소 육성을 위한 규제 체계에 대한 합의에 도달했습니다. 신규 발전소 입찰을 위한 세 가지 개념, 즉 "스프린터", 하이브리드, 그리고 H₂-레디(H₂-Ready)가 마련되었습니다. 목표는 초기부터 수소로 가동되는 8.8GW 규모의 신규 발전소와, 2035년까지 수소 전력망에 연결될 때까지 천연가스로 임시 가동할 수 있는 최대 15GW 규모의 수소 발전소를 입찰하는 것입니다.

기술 혁신과 비용 절감 잠재력

친환경 수소 생산 비용 절감은 기술 혁신에 크게 좌우됩니다. 람볼은 백서에서 규모 확장, 모듈화, 표준화된 솔루션 개발 등 플랜트 설계 단계에서 비용 절감을 위한 다양한 출발점을 제시합니다. 이러한 비용 절감은 스택, 시스템, 그리고 플랜트 수준에서 구현되어야 합니다.

시장 성장세 자체가 비용 절감의 핵심 요인입니다. 생산량 증가는 규모의 경제를 실현하여 단위 비용을 낮추는 효과를 가져옵니다. 파워투엑스(Power-to-X) 및 친환경 수소 기술 투자자와 개발자들은 이전에는 전해 설비 용량 확대와 수요 증가를 통해 수소 생산 및 공급 비용이 자연스럽게 감소할 것으로 예상했습니다. 그러나 이러한 낙관적인 자본 지출(CAPEX) 감소 전망은 아직 현실화되지 않았습니다. 주요 원인 중 하나는 시장 성장세가 예상보다 더디게 진행되고 있기 때문입니다.

비용 절감을 위한 또 다른 접근법은 전기분해 효율을 개선하는 것입니다. 이를 위해서는 연구 개발이 핵심적인 역할을 합니다. 따라서 독일 연방 정부는 친환경 수소에 대한 기초 연구에 자금을 지원하고 있으며, 특히 재료 연구, 시스템 연구, 그리고 차세대 및 그 이후 세대의 핵심 기술이 될 가능성이 있는 분야에 집중하고 있습니다.

인프라 확장 및 물류 개념

고성능 수소 인프라 구축은 수소 에너지의 경쟁력 확보를 위한 필수 조건입니다. 계획된 핵심 수소 네트워크는 2032년까지 9,040km 규모로 확장될 예정이며, 이 중 약 40%는 신규 건설, 나머지 60%는 기존 천연가스 파이프라인을 전환하여 구축될 것입니다. 총 사업비 약 190억 유로는 민간 부문이 부담하고, 정부는 네트워크 사용료 상한제를 통해 지원할 계획입니다.

특히 어려운 과제는 "라스트 마일" 문제, 즉 핵심 네트워크에 직접 연결되지 않은 소규모 소비자들이 파이프라인을 통해 친환경 수소를 어떻게 공급받을 수 있는지에 있습니다. 현재 많은 개별 수소 솔루션들이 자체 수소 생산 설비에 더해 탱크 트럭을 이용한 수소 구매 및 운송에 의존하고 있습니다. 이러한 방식은 수소 경제 초기 단계에는 적합한 접근법이지만, 중장기적으로는 이러한 개별 솔루션들도 계획된 핵심 네트워크에 연결되어야 합니다.

파이프라인 운송 외에도 수소 운송에는 다양한 물류 방식이 있습니다. 장거리 선박 운송의 경우 액체 수소(LH2)로 변환하거나 액체 운반체(LOHC 또는 암모니아)와 혼합하는 과정이 필요합니다. 하지만 이러한 과정에는 추가 비용이 발생합니다. 최종 용도가 액체 수소 또는 암모니아 형태로 직접 이루어질 경우, 운송 비용이 크게 절감됩니다.

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시장 메커니즘 및 구매자 인센티브

친환경 수소에 대한 수요를 촉진하기 위해서는 다양한 시장 메커니즘과 잠재 고객을 위한 인센티브가 필요합니다. 현재 가장 큰 문제는 경제적 인센티브 부족으로 인해 산업계가 수소 기술에 투자하는 것을 주저한다는 점입니다. 실현 가능한 사업 모델은 투자를 촉진하고 수요를 창출할 수 있습니다.

유망한 접근 방식 중 하나는 탄소차액보상계약(CCfD)입니다. 이는 정부가 현재의 이산화탄소 가격과 친환경 프로젝트의 실제 이산화탄소 감축 비용 간의 차액을 보상하는 방식입니다. 이러한 제도는 기업들이 친환경 기술에 대한 장기 투자를 계획할 때 안정성을 제공합니다.

다른 중요한 인센티브 메커니즘으로는 특정 부문의 친환경 수소 할당량, 수소 사용자에게 제공되는 세금 감면, 장기 구매 계약 등이 있습니다. 맥킨지 보고서는 수소가 가장 경쟁력 있는 솔루션이 될 수 있는 22가지 최종 사용 분야를 제시합니다. 특히 산업 및 운송 부문에서의 활용이 두드러집니다.

국제 협력 및 수입 전략

독일은 국내 생산만으로는 수소 수요를 충족할 수 없습니다. 따라서 수입 전략과 국제 협력이 매우 중요합니다. 베티나 슈타르크-바칭거 연방 연구부 장관은 독일이 수소 수요를 자급자족할 수 없으며, 따라서 수입 전략이 중요한 다음 단계라고 강조했습니다.

맥킨지 연구에 따르면, 수입 수소는 2030년까지 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 예상됩니다. 사우디아라비아산 친환경 수소는 로테르담에서 kg당 3.10달러에, 알제리에서 파이프라인을 통해 공급될 경우 kg당 1.90달러에 거래될 것으로 전망됩니다. 이러한 수입 경로는 독일의 수소 수요 충족에 상당한 기여를 할 수 있을 것입니다.

그러나 수입 전략을 설계할 때는 특정 공급 국가에 대한 심각한 의존성을 초래하지 않도록 주의해야 합니다. EU와 독일이 필수 부품이나 전체 전해 설비를 EU 이외 국가에서 조달할 경우, 이러한 의존성이 발생하여 EU 내 가치 사슬이 붕괴될 위험이 있습니다.

유럽 ​​가치 창출 확보

녹색 수소 시장이 본격화됨에 따라 수소는 안정적인 재생 에너지 경제를 위한 핵심 에너지원으로 자리매김하고 있습니다. 이는 수소 기술에 대한 거대한 시장을 창출하여 유럽 연합 내에서 최대 540만 개의 새로운 일자리를 만들어낼 수 있습니다. 따라서 유럽 제조업체들이 글로벌 경쟁에서 선도적인 시장 지위를 확보할 수 있도록 지금 바로 여건을 조성하는 것이 매우 중요합니다.

한 가지 과제는 현재 EU 외부 경쟁업체들이 유럽 제조업체보다 최대 50% 저렴한 수소 기술을 제공할 수 있다는 점입니다. 이는 주로 낮은 노동력과 에너지 비용, 또는 막대한 정부 보조금과 현지 시장 인센티브의 결합 덕분입니다. 유럽의 가치 창출을 보호하기 위해 독일 수소 협회(DWV)는 EU 공공 자금 지원 수단에 회복력 기준을 도입할 것을 촉구하고 있습니다.

로베르트 하베크 연방 경제부 장관은 수소 투자가 "기후 보호, 숙련된 일자리 창출, 에너지 안보 등 우리의 미래에 대한 투자"라고 강조했습니다. 국가 수소 전략은 유럽 및 국제 파트너와의 긴밀한 협력을 위한 방향을 제시합니다.

경제를 위한 구체적인 실행 권고 사항

친환경 수소의 시장 확대를 가속화하고 경쟁력을 높이기 위해서는 산업계와 정책 입안자 모두의 구체적인 조치가 필요합니다. 독일 수소 협회(DWV)는 산업, 화학, 모빌리티, 에너지 및 난방 분야에서 친환경 수소 제품의 생산, 활용 및 시장 수요를 촉진하기 위해 총 85가지 조치를 담은 "HyGuide 2030"을 개발했습니다.

핵심 권고사항은 수소 프로젝트의 계획 및 승인 절차를 가속화하는 것입니다. 수소 시장 경제의 성장을 가로막는 기존의 장애물을 제거해야 합니다. 또한, 국내 생산과 전략적 수입을 병행하여 친환경 수소의 충분한 공급을 확보하는 것도 중요합니다.

전환 단계에서는 기술 중립적인 접근 방식을 추구해야 하며, 이를 통해 녹색 수소가 충분한 양과 경쟁력 있는 가격으로 공급될 때까지 이산화탄소 포집을 거친 청색 수소를 과도기적 해결책으로 활용할 수 있도록 해야 합니다. 녹색 수소가 경쟁력을 갖추기 전까지는 청색 수소의 사용이 필수적일 것입니다.

또 다른 중요한 조치는 수소 가치 사슬을 따라 모든 이해관계자의 협력입니다. 생산자, 네트워크 운영자, 소비자 및 정책 입안자는 수소 경제의 성장을 가속화하기 위해 긴밀히 협력하고 같은 방향으로 나아가야 합니다.

수소 경쟁력 전망

수소는 기후 중립 경제에서 핵심 에너지 운반체가 될 잠재력을 가지고 있습니다. 하지만 현재 시장은 아직 초기 단계에 있으며, 친환경 수소의 비용은 화석 연료 대안보다 훨씬 높습니다. 그럼에도 불구하고, 향후 몇 년 안에 경쟁력이 향상될 가능성을 보여주는 고무적인 발전들이 나타나고 있습니다.

맥킨지 연구에 따르면, EU 해상 풍력 발전으로 생산된 수소와 수입 수소는 2030년까지 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 예상됩니다. 2035년 이후에는 수소 최종 소비자 가격이 하락하여 천연가스 가격에 근접할 수 있을 것으로 전망됩니다. 그러나 이러한 긍정적인 발전은 수소 시장 확대에 발맞춘 정책 프레임워크와 생산, 인프라 및 응용 분야에 필요한 투자가 이루어지는 데 달려 있습니다.

독일과 유럽에서 수소 경제를 발전시키는 것은 지속 가능한 경제 성장과 일자리 창출을 위한 엄청난 기회를 제공합니다. 동시에, 특히 국제 경쟁이라는 측면에서 중대한 도전 과제에도 직면해 있습니다. 유럽의 가치 창출을 확보하는 동시에 글로벌 수소 경제의 이점을 누리는 것이 필수적입니다.

독일 정부가 수소 시장 경제를 즉시 활성화하기 위한 모든 기회를 활용한다면, 2030년까지 충분한 양의 친환경 수소를 확보할 수 있을 것입니다. 명확하고 구체적이며 검증 가능한 목표를 설정한 전략적 접근 방식을 통해 독일 정부는 재생 에너지와 이를 통해 생산되는 수소에 집중해야 합니다. 이는 모든 이해관계자에게 계획의 확실성을 제공할 것입니다.

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