1. 생산 방식에 따른 수소의 종류
1) 그레이 수소
- 부생 수소: 정유, 제철 과정에서 발생 -> 포스코 & 정유 4사
수소부터 ‘2전 3기’ 상장까지···정유 4사 새해 과제는 - 뉴스웨이 (newsway.co.kr)
- 개질 방법: 천연가스에서 추출한 수소.
-> 현재 세계적으로 수소 생산량의 절반이 천연가스 개질 방식이라고 함. (가장 많음)
-> 엄밀히 말하면 친환경은 아니지만 생산 단가 때문에 어쩔 수 없는 상황.
2) 블루 수소: 그레이 수소 + CCUS
- CCUS: 개질 과정에서 발생하는 CO2를 포집해 저장 혹은 활용하는 기술
-> 셰일 정유 업체의 경우 채취 과정에서 발생한 CO2를 포집해 원유층에 가압, 주입하여 원유 채산 능력 상승 유도.
-> 포집한 CO2를 원유 채산 끝난 빈 공간에 저장하는 방법
-> CO2를 재 활용하는 방법(골칫덩이가 산업원료로, 이산화탄소의 개과천선 : 네이버 블로그 (naver.com))
3) 그린 수소: 물을 전기분해하여 생산한 수소.
- 신재생 에너지 활용: 풍력, 태양광 등..
- 방법은 알카라인(AEC), 음이온 교환(AEM), 고분자 전해질(PEM), 고체 산화물(SOEC)
-> 현재 발전용으론 SOEC, 차량용으론 PEM로 압축되어가는 분위기
2. 수소 산업의 성장성 및 장점
1) 탄소의 Net - Zero 를 위해 필수적
- 탄소 제로 시대를 달성하기 위해서는 수소는 필수적인 존재. 따라서 수요도 증가할 전망.
-> 산업, 수송, 발전 등 다양해지는 수소 밸류 체인
- 2030년까지 글로벌 수소 투자 프로젝트는 5000억 달러에 달함.(300GW)
2) 신재생 에너지와의 연계(P2G)
- 현재 신재생 에너지의 문제는 간헐적 발전으로 인한 불안정한 전력 생산.
-> 태양광, 풍력 모두 날씨라는 대외 변수에 취약하며 일정하게 전력을 생산하지 못하고 풍력의 경우 전력 소
비가 낮은 심야 시간대에는 오히려 잉여 전력을 생산해 골치.
-> 수소로 저장해둠. 저장용기의 타 지역으로 이송은 또 다른 이점.
-> 즉 스마트 그리드의 완성.
- ESS 또한 대안이지만 화재의 위험성, 배터리 수요 증가로 인해 생산 단가 상승, 잉여 전기의 이동 제
한 등의 단점.
-> 잉여 전력을 수소로 변환, 저장해 연료 전지 발전을 통해 필요시 전력 생산.
3) 연료전지와의 시너지
- 고효율, 친환경, 빠른 제작 및 설치.
- 입지에 제약이 적음: 도심 설치 가능.
- 발전 및 난방과 융합 가능.
- SOFC 타입은 다양한 연료 사용 가능.
- 분산형 전원으로 각 지 상황에 맞게 유연한 대처 가능.
4) 수송용으로서의 강점.
- 출력 대비 무게에서 수소가 배터리에 경쟁력 있음.
-> 승용차의 경우 배터리가 압도적이지만 상용차의 경우 배터리의 무게와 긴 충전 시간으로 인해
상용차가 두각. 즉 전기 트럭의 경우 더 많은 트럭 수와 운전수가 필요함
-> 또한 장거리를 가는 비행기, 엄청난 무게를 이기며 추진하는 선박에서도 강점.
-> 수소차의 경우 도심을 운행하는 것만으로도 자체적 공기 청정 효과는 보너스.
수소선박이 뜬다 ② 삼성중공업-블룸에너지, 연료전지로 가는 LNG 운반선 (h2news.kr)
3. 수전해 방식 비교.
- 아직까지 특정 방식으로의 강점은 없고 초기 단계인만큼 여러 방면으로 연구 중으로 보임
-> PEMFC는 운송용 / SOFC는 발전용으로 사용되는 추세.
- SK E&S는 플러그 파워와의 합작사를 만들어 운송용에 강점이 있는 PEMFC에 투자
-> 플러그 파워는 수소연료 지게차를 이미 상용화 시킨 바 있음.
플러그 파워 "3년 후 그린 수소 비중 60%로…SK E&S는 최적의 파트너" - 머니투데이 (mt.co.kr)
- SK 에코플랜트는 블룸에너지와의 협력으로 SOEC 발전에 투자(블룸SK에코플)
-> SOEC 발전소 다수 건설 및 운용 중.
-> SOFC의 경우 고온의 작동 온도로 발전 후 발생한 열로 지역난방까지 가능함.
-> SOFC TYPE은 발전 원료가 수소뿐 아니라 천연가스도 가능해 수소의 쇼티지 등 변수에 유연한 대처 가능.
SK에코 플랜트, 美블룸에너지와 MOU … "SOFC 국산화 앞당길 것" - 뉴스프리존 (newsfreezone.co.kr)
SK에코플랜트, 세계 최초 열공급형 연료전지(SOFC) 발전사업 수주 (fetv.co.kr)
SK에코 플랜트-한수원 등, 창원서 'SOFC.. : 네이버 블로그 (naver.com)
SK건설, 100kW 규모 순수 수소 SOFC 설치 및 운전... 탄소 배출 없는 수소연료전지 시대 연다 - 뉴스 락 (newslock.co.kr)
4. 생산 단가 및 Cost 전망
1) 아쉬운 그린 수소의 경쟁력
- 아직은 미진한 신재생 발전 능력에 비추어 보아 생산 단가는 그린 수소가 제일 높다.
- 천연가스 개질 방식이 경쟁력 측면에서는 제일 좋으나 환경을 생각한다면 CCUS 가 필수.
2) 향 후 전망
- 수소 관련 인프라가 갖춰지고 높아지는 탄소세를 감안 시 앞으로 생산 단가에서 충분히 경쟁력을 갖출
것으로 예상.
-> 오일 메이저 업체의 체질 개선: 대량의 수소 프로젝트 착공 (수전해 설비, 그린 에너지)
-> LNG 파이프의 H2 활용 전환
- 생산과 소비의 이원화 예상: 한국이 지금 원유와 LNG를 수입해서 쓰는 것과 유사한 밸류 체인 예상.
-> 기존의 중동이나 미서부, 호주와 같이 풍부한 일조량과 광활한 평지를 갖춘 국가에서 수소를 생산해 수입해오는
방식으로 단가의 불리함을 극복.
3) 한국에서의 전망
- 중동, 호주와 같은 곳 대비해서 대외 요인들로 전력 생산 요인은 분명 떨어지지만 기존의 화석연료와
의 차이점은 분명.
-> 화석연료는 전량 수입에 의존할 수밖에 없었다면 신재생 발전의 경우 한국 자체로도 가능함. 다만 수소로의
전환 비용은 수입단가와 비교해 열 위 하다면 해외 수입으로 보강 가능.
5. 운반 용기 및 수단
1) 물리적 방법
- 고압 기체: 즉각 수송 가능 및 사용 가능. 주로 파이프나 튜브트레일러
- 액화: 기체 대비 단위 수송량 증가로 운송비 하락 기대. 저압으로 도심지에 설치 가능
2) 화학적 방법: 액상 유기 수소 화합물(LOHC), 암모니아(NH3)
- 기존의 NG -> LNG 화로 운송하는 것과 유사한 형태로 기대.
- LNG 자연 기화로 인한 손실이 발생하는 것처럼 액화 수소의 경우도 동일 현상 발생.
- 생산 단가의 차이로 이 부분이 유망할 것으로 판단.
- 암모니아의 경우 기존 오랫동안 사용해온 하버-보슈 법을 활용할 수 있는 장점과 암모니아 인프라 완비
된 상태.
- 액화 온도도 -33도로 -160도에 달하는 LNG에 비해 보관 용이.(수소는 -253도)
- 다만 암모니아에서 다시 수소로 변환하는 기술이 아직 미약함.
- 암모니아로의 수송 밸류체인이 완성될 경우, 기존 LNG 선박의 운항처럼 암모니아 연료 추진 엔진과 더
불어 선박 운항에 완전한 탄소 제로가 가능 인프라가 이미 구축되어있기에 벙커링도 양호.
6. 발전용으로의 수소
1) SOFC
- 발전용, 가전용으로 주로 사용됨.
-> 기전에 고온을 요해서 기동에 많은 시간이 필요한 특성으로 고정식이 적합.
-> 고온으로 인한 난방 효과는 덤.
- 플레이어는 블룸에너지, SK에코 플랜트, 미코, STX에너지솔루션
-> SK에코플은 자체 기술력보다는 블룸에서 재료를 수급해와 조립 & 설치 방식, 장점은 SK에코플이 사업을 따오
면 블룸의 기술이 들어가기에 SK의 사업력을 고려해보면 충분히 외연 확장할 듯. (자체적으로도 연구 중)
-> 미코는 유일의 국산 플레이어로 미코 세라믹이나 정전척 등 SOFC 쪽에 필요한 세라믹 컨트롤에 이미 노하우가
많아서 자체로 개발.
- 두산 퓨얼셀은 PAFC에서 SOFC로 갈아타는 분위기(영국의 세레스와 협업)
2) PEMFC
- 주로 운송용으로 사용
-> 빠른 반응으로 즉각 사용 가능
- 주요 플레이어는 플러그 파워, 발라드 파워가 있음.
-> 플러그 파워: 지게차 상용화로 아마존의 물류 창고 내에서 사용 중, 오프로드용 차량 발표
-> 발라드 파워: 수소 전기버스(FCEB)에 공급 중. 트럭, 선박, 열차 등 사용처 확대 위해 개발 중.
7. 운송용으로의 수소.
1) 구조
- 수소와 산소가 만나 발생한 전기에너지로 모터를 구동하되 전기차에는 없는 컨버터가 필요하다.
- 현재 높은 멤브레인 가격과 촉매인 백금의 높은 가격이 문제.
2) 매크로
- EU: 매 150km 별 수소충전소 의무화, 완성차 업체들의 수소 트럭 개발 진입.
- 미국: 인프라 법안에 25억 달러 예산 편성, 전국 4군데 수소 육성 구역 설정, 클린 트럭에 대한 수요 증
가.
- 일본: 도요타의 미라이 판매 본격화 및 충전소 설치.
- 중국: 25년까지 3조 원 투자해 2500여 개 충전소 설치 발표. 여러 업체들이 협업해 SUV 및 상용차 개발
중.
- 한국: 글로벌 1위 플레이어. 전기차 대비 노동 대체도가 낮기에 적극 지원 중(열 위 한 산업?). 정부의 강
력한 정책 드라이브. -> 기존 REC에 수소 전용 보조금에 SOFC 활용에 따른 천연가스 요금 신설
3) 단점
- 비싼 차량 가격: 멤브레인과 분리막이 특히 비쌈.
-> 신소재의 개발, 백금의 대체제 개발.
-> 대량 양산의 규모의 경제 달성 시 단가 하락 전망.
-> 한국에서만 유독 난리 치는 느낌이 강함(요즘엔 중국도 강력한 드라이브 거는 중이긴 함).
- 비싼 수소 가격: 인프라 투자
-> 규모의 경제로 극복 가능하다고는 하나 기초 투자금이 많이 필요함.
-> 충전소도 굉장히 열악하여 많은 초기 투자금이 필요.
-> 상용화와 투자가 서로 맞물려 상승을 이루는 게 핵심인데 많은 시간과 자금이 필요함.
-> 저렴하게 생산하는 국가에서의 수입도 대안(아직은 전 세계적으로 다 비쌈).
- 생각보다 빠르지 않은 충전 시간
-> 모든 것이 다 준비되었을 시 3~5분..
-> 충전소의 탱크의 저압일 경우 20분의 승압 시간이 필요
-> 트레일러가 비었을 경우 교체 시간 1시간 소요
-> 대안은 인프라 구축으로 인한 지속 가능한 승압기의 설치 혹은 고온의 수소가스 공급.
-> 전기차와 달리 충전소의 설치 또한 쉽지 않은데.. 지정된 구역을 왕복하는 버스나 트럭 같은 상용차에겐 크게 문제
되지 않을 듯.
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