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중국 "탈탄소 핵심은 청정 수소"...기술 개발 박차

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중국 "탈탄소 핵심은 청정 수소"...기술 개발 박차

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중국은 탄소 감축 목표 달성을 위해 자국의 화석 연료 기업들에게 수소 에너지로 전환을 강력히 요구하고 있다. 중국의 주요 도시들도 청정 전력 개발 계획을 세우고, 자동차 제조사들도 수소 구동 차량을 개발에 나서고 있다.

수소는 깨끗하고 잠재적으로 재생 가능한 연료다. 연료 전지에 사용하면 산소와 결합하여 깨끗한 전기를 생산하고 부산물로 물을 생성한다.
자연에서 가장 풍부한 물질 중 하나인 수소를 효율적인 에너지로 바꾸려는 움직임은 지난 수십 년 동안 진행되었다. 수소 에너지에 대한 연구는 석유 위기, 기후 변화 및 원유 가격의 변동 속에서 추진되었다. 탄소 감축에 대한 글로벌 공약과 협력을 강화하는 맥락에서 수소 에너지는 중국을 포함한 많은 국가에서 핫이슈다.

앞으로 10년, 15년이 기술 개발의 핵심이다. 화석연료로 수소를 생산하는 가격보다 재생 에너지를 사용해 수소를 생산하는 가격을 더 낮추어야 한다.
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◇에너지원으로서 수소의 한계


그러나 화석 연료에서 수소를 추출하는 것은 에너지 집약적이며 엄청난 양의 탄소 및 오염을 초래한다. 물 분자에서 수소를 분리하려면 많은 전기가 필요하다. 탄소는 지구 온난화를 일으키는 주요 온실 가스 중 하나다.

높은 수소 생산 비용으로 수소 구동 자동차는 중국 및 기타 지역에서 상용화 단계에 도달하지 못했다. 수소 에너지는 폭발성 가스를 저장하고 운반하는 데 어려움이 가중된다.

현재 시장 가격으로 중국의 연료 전지 자동차에 전력을 공급하는 수소는 ㎏당 약 70위안(10달러)의 비용이 든다. 수소 자동차가 가솔린 자동차에 경쟁력을 가지려면 ㎏당 40위안(6달러) 미만으로 내려와야 한다.

◇재정 인센티브, 수소전지 자동차


2009년 중국은 시범 도시 10개 도시를 선정하고 3년 동안 매년 1000대의 신에너지 차량(NEV)을 배치하는 것을 목표로 ‘10개 도시, 1000대 차량’ 프로그램을 시작했다.

중국 신에너지차량에는 배터리-전기차, 플러그인 하이브리드 전기차 및 수소 연료 전지 차량이 포함된다.

연료 전지 비용이 더 많이 들기 때문에 수소 연료 전지 차량은 국가 및 지방 정부로부터 100만 위안의 보조금을 받을 수 있으며, 이는 배터리-전기차와 플러그인 하이브리드 차량에 대한 보조금보다 훨씬 높다.
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수소 연료 전지 차량의 개발은 훨씬 뒤처져 있다. 중국 자동차 제조 협회에 따르면 2012년부터 2020년까지 중국의 전기차 시장은 100배 가까이 성장하여 2020년에는 100만 대 이상으로 성장했다. 2020년에는 중국에서 수소 연료전지 1177대가 판매되었으며, 2019년 대비 57% 감소했다.

그 차이는 보조금이 자동차 제조사들이 기술적 돌파구를 압박하도록 동기를 부여하는데 매우 제한된 영향을 미친다는 것을 정책 입안자들에게 보여주었다.

2020년 4월 정부는 수소연료 전지 보조금을 없애고 9월에는 업계 공급망과 기술을 개선하기 위한 새로운 정책을 시행했다.

새로운 정책에 따라 수소연료 가격 인하, 수소 충전소 증가, 수소 연료전지차량 보급 확대, 관련 기술 개선 등 특정 목표를 달성하는 지방정부에게 17억 위안을 재정으로 지원했다.

이는 ‘10개 도시, 1000대 차량’ 프로그램의 수소 버전으로 간주되고 있다. 베이징-톈진-허베이 클러스터, 상하이, 광둥, 허난성 등 5개 도시 그룹이 선정됐었다.

상하이는 6월 초 현지 관계자가 인근 도시들과 협력하여 4년 이내에 수소연료 전지 차량 5000대를 출시할 계획이라고 밝혔다. 미미해 보이지만 2020년 말 중국에서는 7000대 이상의 수소 연료 전지 차량이 사용된 것을 보면 놀라운 증가다다.

중국 자동차 엔지니어 협회가 작성한 로드맵에 따르면 2025년까지 수소연료 전지 차량의 수는 10만 대, 2035년에 100만 대에 이를 것으로 예상된다.

국립청정저탄소에너지연구소(NICE)의 수소에너지부서에 따르면 시연 프로그램 주요 목표는 수소연료 전지 차량에 대한 8가지 핵심 기술의 국내 생산달성이다.

새로운 정책은 수소연료 전지에 직면하는 기술 병목 현상을 깨는 것이다.

하지만 업계 전문가들은 중국의 전기자동차 산업체인 성공은 수소 부문에서 재현될 수 없기 때문에 돌파구를 찾기가 쉽지 않을 것이라고 말하고 있다.

수소산업 체인은 복잡해 추출, 저장, 급유 및 운송을 포함한 생산 체인의 모든 측면에서 비용 절감 압박을 받고 있다.

2021년에서 2025년까지 14차 5개년 계획 기간 동안 연료전지 차량의 기술 혁신과 적용이 가속화될 것으로 예상되지만, 대규모 상용화는 아직 이르다.

중국 정부는 신에너지 산업 15개년 계획에서 2035년에 수소차 상용화의 시간표를 발표한 바 있다.

◇탈탄소화의 핵심은 청정 수소


지난해 9월 시진핑 주석은 유엔 총회에서 중국이 2030년 이전에 탄소 배출량 피크를 달성하고 2060년까지 탄소 중립성을 달성하겠다고 말했다.

수소차는 현재 중국 연간 수소 생산량의 1%에 불과해 약 3000만t의 수소 생산량을 사용하고 있다. 수소 에너지 연구원에 따르면 전기차의 추가 개발로 수소연료 전지 차량의 시장 공간은 제한되어 있다.
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중국은 배출량 감축이 어려운 철강, 화학, 건설, 운송 및 기타 분야에서 수소 에너지를 광범위하게 사용하는 것을 목표로 하고 있다.

가장 많이 탄소를 방출하는 중국의 철강 업체들은 수소 발전 야금을 탐구하기 시작했다. 중국 2위 철강업체인 허베이 철강그룹은 지난 5월 장자커우에서 수소에너지 개발 및 활용을 위한 시범사업을 시작했다. 2022년 동계 올림픽 개최도시인 장자커우는 2035년까지 연간 5만t의 생산량을 달성하면서 중국의 수소 수도가 되는 것을 목표로 하고 있다.

진짜 장애물은 녹색 수소를 생산하는 방법이다. 재생 가능 자원을 사용하여 수소와 산소로 물을 분할하는 것이다. 수소가 깨끗하고 저렴하며 편리할 때만 수소차를 포함한 응용 시나리오가 가치 사슬로 정착할 수 있다.

재생 가능 자원과 탄소 배출을 기반으로 수소는 그린 수소, 블루 수소 및 그레이 수소의 세 가지 유형으로 분류된다. 회색 수소는 석탄 같은 화석 연료에서 생산되며 이산화탄소를 생성한다. 블루 수소는 회색 수소 생성시 발생하는 온실 가스에 탄소 포획 및 저장을 사용한다. 수명 주기 내내 궁극의 청정 수소인 그린 수소는 풍력, 태양광 전기 및 수력 발전과 같은 재생 에너지를 사용하여 생산한다.

현재 중국의 수소 생산량은 주로 석탄, 천연가스 및 산업 부산물 같은 더러운 공급원에서 비롯된다. 수소 생산 비용은 가솔린과 디젤 비용과 유사하지만 환경 통제의 높은 비용으로 인해 장기적으로 지속될 수 없다.

따라서 그린 수소는 탄소 중립성 목표를 달성하는 데 매우 중요하다. 투자은행 중국 국제자본공사(CICC)의 예측에 따르면 2060년까지 중국 에너지 소비의 8%가 그린 수소로 지원되어야 한다.

중국의 현재 그린 수소 생산 비용은 ㎏당 거의 20위안이며 석탄 수소는 ㎏당 7~8위안에 달한다. 그린 수소 비용의 70% 이상이 전기다.

업계 견해는 재생 가능 전력비용이 ㎏당 0.2위안 이하로 떨어질 때만 그린 수소가 경제적일 것이라는 입장이다. 풍력 및 태양전기의 비용은 ㎏당 약 0.3위안이다.

한편 스페인-독일의 주요 풍력 터빈 제조업체인 지멘스 재생 에너지의 최근 백서에 따르면 육상 풍력 터빈을 이용한 그린 수소 생산은 2030년까지 화석 기반 수소와의 가격 동등성을 달성할 수 있다고 한다.

칭화대학 수소연료 전지 연구에 따르면 “그린 수소 생산 기술 관점에서 중국은 기본적으로 미국 및 유럽 국가들과 동일한 출발선에 서 있다”고 한다. 중국 정부는 그린 수소가 2040년까지 석탄 기반 수소보다 적은 비용이 들기를 기대하고 관련 기술 개발에 박차를 가하고 있다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com