킹제적 자유

지난번 수소 관련 글 쓸 때 한국만 유독 난리 치는 느낌이라고 했었습니다.

그러면서 동시에 요즘엔 중국에서 어떤 움직임도 기대된다고도 했습니다.

관련해서 찾은 자료 스크랩하겠습니다~

1. 수소 차 관련

2. 수소 인프라

< 수소 산업에 대한 생각 >

1. 부생수소, 천연가스 개질 수소는 장기적으로 초대형 신재생 발전 프로젝트에 연계돼 점차 그린 수소로 대체될 것으로 판단. 여기에 한국은 해외 수입을 주로 하되 일부 자체 생산으로 현재 수입 의존에서 다변화된 수소 생산을 기대. 

2. 주 된 사용 처는 운반, 수송용과 산업, 발전용으로 나뉠 것 같음.

3. 운반, 수송용은 대형 트럭이나 지게차, 비행기,선박과 같은 산업용 Vehicle / 그러나 승용차량은 크게 메리트 없어 보임. 즉, 대량의 화물이나 승객을 지정된 지점만 반복하는 형태로 발전할 듯.

4. 발전용은 높은 효율과 발생 열의 재활용으로 분산 전원 + 친환경 메리트로 충분히 메인 전력 시장에서 보조 역할을 탄탄히 해줄 듯. 또한, 신재생의 불편한 전력 생산의 충격을 유연하게 받아들여주는 장점.

5. 산업용은 수소가스터빈, 수소 환원철 등 여러 레거시 산업. 특히 탄소가 많이 발생하는 부분에 있어 친환경적인 요소에서 기대해 볼 만한 점이 많음(화학식을 생각해보면..)

6. 배터리 원 툴로 갈 경우 NCM, NCMA 등 주로 쓰이는 채굴 및 유통량 한계로 인해 원재료의 단가 상승이 나타날 수 있지만 연료전지가 병행될 경우, 사용되는 광물이 다변화되어 가격 변동에서 안정성 기대

7. 이차전지는 Ni-Cd 계열과 인산철 계열로 정리되는 중입니다. 그러나 아직 연료전지는 이제 초기 기술로 PAFC, SOFC, PEMFC, AOFC 등 여러 기술들이 나와있고 여전히 개발, 진행 중. 현재 완성도는 떨어짐.

8. 수소가 최강이고 연료전지가 최고야, 이차전지-배터리는 사양산업이 될 거야! 가 아니라 상호 보완재의 역할을 해나가며 깨끗한 지구, 탄소 배출 없는 지구를 만드는데 일조할 것.

< 마무리 >

1. 이차전지도 완전한 화석 연료의 대체는 이른데.. 수소는 이차전지보다도 후발 주자라 더욱 이르다고 보입니다. 또한 아직 뭔가를 딱 보여줬다기보다는 청사진이 큰 산업이기도 합니다. 일명 꿈과 희망...

2. 그러나 20년 30년씩 남은 엄청 후의 미래냐? 과거 트렌드였다면 맞지만 ESG 테마를 주력으로 친환경이 향후 10년, 혹은 그 이상을 이끌어갈 테마로 본다면 이차전지와 더불어 수소산업에도 강력한 드라이브가 걸릴 것. 따라서 작금의 트렌드에선 더욱 빨라진 시계열이 기대됩니다.

3. 카본 제로 시대, CO2 배출량 규제 등을 맞추기 위해서는 필연적으로 사용되어야 할 원료가 수소이고 산업이 수소산업이라 판단합니다.

4. 우주에서 제일 많은 원소가 수소인 것은 엄청난 메리트입니다. 다만 아직 다루기에 쉽지 않고 생산의 단가가 높은 것이 문제이나 전 세계적으로 달려들어 많은 돈이 투하되어 연구 중이기에 시간의 문제라 생각합니다.

5. 대박인데? 수소 관련주 내일 바로 떡 상하냐? 바로 사면되냐? 

   산업이 유망하다고 주식이 내일, 모레, 일주일 후 치솟는 것은 아니라 생각합니다. 이차전지도 좋다 좋다

   하다가 10년 만에 주도 테마로 인식되고 N루타 종목들이 나왔습니다. 앞서 말했듯 수소산업은 이차전지

   만큼 10년은 기다리지는 않을 것 같지만 그렇다고 내일.. 길게 잡아서 내년에도 이차전지만큼의 파급력은

   없다고 생각합니다. 

6. 그렇다면 너는 이 뻘글을 왜 썼냐?

   우선, 모자란 식견으로 도배된 긴 글 읽어 주신 점은 감사합니다. 언제가 될지는 모르겠지만.. 그렇다고

   엄청나게 먼 미래도 아닌 산업이기에 미리 공부해둬야 텐 베거를 노려볼 수 도 있고 수소의 미래에 상당

   한 기대감이 커 공부했습니다. 따라서 관련 밸류 체인을 선제적으로 알아두기 위해 공부했습니다. 이 글

   로서 끝이 아니라 지속적으로 꾸준히 산업을 팔로우할 계획입니다. 감사합니다.

<참고 자료>

제 의견보다도 뉴스나 산업 리포트, 연구 자료 등을 보면서 추출해 짜깁기 한 게 많네요.. 리포트도 공유해봅니다~

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.

0. 시작에 앞서

1) 전기차의 과거

20, 21년은 2차 전지의 한 해라고 해도 과언이 아닐 것입니다.

중간중간 반도체나 메타버스를 위시한 게임, 엔터, 미디어 등 강세를 나타낸 섹터는 있지만 2년을 관통한 강력한 섹터는 2차 전지임에 분명합니다.

그러면 전기차는 언제부터 언급이 됐을까요? 놀랍게도 30년 전입니다.

20년 전에도 실용화 이야기가 있었는데.. 이제야 개화하는 느낌이죠?

2) 2차 전지는?

제가 주식 업력이 오래되지 않아 과거 기사를 찾아봤습니다. 유의미하게 테마로 엮인 게 2010년부터 더군요.

낯익은 단어, 회사들이 보이죠?

3) 수소차? 연료 전지는?

수소차도 30년 전부터 기사가 나오고.. 실제로 <수소 + 산소 = 물> 반응을 통해 전기가 발생하는 원리는 훨씬 그전부터 나왔고요. 또한 미래 학자로 유명한 제러미 리프긴도 본인의 저서 <수소혁명>을 통해 수소의 미래에 대해 저술한 바 있습니다.

 4) 수소도 이차전지만큼 기다려야 할까?

이차전지의 경우 2010년에 테마로 등장한 뒤 무려 10년을 기다렸습니다. 그 배경에는 기술력의 부족이 크지 않았나 싶습니다. 현재까지도 오래 걸리는 충전 시간 + 짧은 주행거리 + 비싼 배터리 가격 등 여러 장애가 있는데 10년 전 상황에선 말해 무엇하나 싶습니다.

또 당시에는 차화정을 위시한 전통 중후 장대 산업이 굉장히 잘 나갔기에 기업 입장에서도 기존에 잘 나가던 사업 영역을 굳이 포기하거나 다운사이징할 이유가 없기도 했습니다. 

-> 현재는 GM, 스텔란 티스, 현대 등 모든 내연 메이커들이 내연엔진 개발 금지 및 판매 중단을 예고했거나 이미 시행 중

    이죠.

이제야 서서히 기존 내연 차량을 몰아내고 있는 비결에는 코로나가 불러온 전 세계적 휴먼 리스크 + 눈으로 직접 보고 몸으로 체험하는 기후변화가 아닐까 싶습니다. 이런 흐름이 ESG라는 테마를 불러왔고 경제성보다는 비용을 지불하더라도 환경, 미래, 후세대를 생각하는 방향으로 세계적 기조가 정해졌습니다.

-> CO2 배출로 인한 지구온난화, 인간 이기적인 경제활동으로 환경 파괴 등..

이에 맞춰 보조금을 주면서라도 전기차의 판매 증진 + 충전소의 설치 장려 등 정부가 나서 강력하게 드라이브를 걸고 있습니다.

이런 상황을 고려해본다면 수소 테마도 이차전지만큼 기다려야 하나? 저는 아닐 것이라고 생각합니다. 

기술력에서도, 가격 경쟁력에서도, 인프라 측면에서도 모든 방면에서 전기에 밀리는 수소 섹터입니다. 그럼에도 제가 수소산업을 공부하고 주목하는 이유는 다음과 같습니다.

첫째, 세계의 주요 흐름은 더 이상 경제성만을 따지는 것이 아닌 친환경이라는 점 둘째, 전기가 가지지 못하는 수소만의 분명한 강점이 있고 마지막으로 전기의 대체제가 아닌 상호 보완재입니다.

다만.. 차량용으로의 수소는 상용차나 좀 더 나가면 대형 SUV? 정도로 국한될 것 같습니다. 

이만 정리하고 본문으로 들어가 보겠습니다.