수소경제 활성화를 위한 수소공급부문 해외사례 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Korean government announced Hydrogen Economy Roadmap in January 2019 with a vision of positioning itself as a leading hydrogen economy. The main goals of the roadmap include developing the hydrogen economy as a new engine for sustainable economic growth and transitioning to an eco-friendly energy system while reducing its high dependence on foreign energy by establishing a robust hydrogen economy. Meanwhile, the roadmap is more focused on policies aimed at promoting the use of hydrogen technologies such as hydrogen cars and fuel cells, rather than the production side. Therefore, it is considered necessary to have further discussion on hydrogen production and set a policy direction, as it is an essential part of a vibrant hydrogen economy.
Under this context, this study analyzes hydrogen supply policies in major countries that are pursuing the hydrogen economy and their implications in order to discuss an efficient hydrogen supply system in Korea. The aim of this study is to provide implications for a hydrogen supply system that could be applicable to Korea through a comprehensive review of overseas cases and the Korean government’s hydrogen supply policies introduced in its Hydrogen Economy Roadmap.
European Union (EU) unveiled its Hydrogen Roadmap Europe in February 2019 to support the stable implementation of energy transition policies. The roadmap outlined EU’s policies and action plans to expand the use of hydrogen and fuel cells by 2050, and based on which key EU countries such as Germany, the Netherlands, Italy and the UK are intent on producing hydrogen in an eco-friendly manner, establishing supply chain infrastructure and expanding the use of hydrogen.
In particular, regarding the eco-friendly way of producing hydrogen, policy supports are being provided for the development of technologies that convert electricity generated from renewable energy sources to hydrogen. In addition, research projects for large-scale production facilities also receive policy supports.
Japan announced Hydrogen·Fuel Cell Strategy Roadmap in June 2014 and adopted Basic Hydrogen Strategy in December 2017 and then revised the Hydrogen·Fuel cell Strategy Roadmap in March 2019, introducing plans to promote the hydrogen economy. The 2019’s roadmap described a hydrogen supply system that combines domestic hydrogen production and its import from abroad. Japan’s domestic hydrogen production is mainly consist of so-called “green hydrogen” from renewable sources and low-carbon hydrogen from unutilized local resources. As for its import, the roadmap envisaged an eco-friendly global hydrogen supply system to import green hydrogen produced from renewable sources or fossil fuels combined with carbon capture and storage (CCS).
The Council of Australian Governments Energy Council announced National Hydrogen Strategy in November 2019 for the government and relevant industry to spur the hydrogen energy sector and turn hydrogen energy into an exportable resource. In Australia, hydrogen production is divided into two categories; 1) green hydrogen from electrolysis of water, using electricity generated from renewable energy sources, 2) “blue hydrogen” from fossil fuels with CCS, such as natural gas and coal, which are abundant in Australia.
Though new production methods are emerging along with technological development, hydrogen is mostly produced today from steam methane reforming of natural gas, electrolysis of water using electricity and coal gasification, while importing hydrogen from abroad could be considered as another option.
Each supply option has some advantages and disadvantages; hydrogen production from coal and natural gas is highly economical but has a constraint regarding CO2 emissions; hydrogen production from electrolysis is environmentally friendly, as it does not emit CO2, but securing the economics is relatively more difficult. In the case of importing hydrogen, the advantage is an access to hydrogen produced in an efficient and eco-friendly manner, but high transport cost could be disadvantageous.
The Korean government suggested four means of hydrogen supply (natural gas reforming, by-product hydrogen, electrolysis, importing from abroad) in its Hydrogen Economy Roadmap announced in 2019. By-product hydrogen and steam methane reforming are currently available, which are suggested in the early stage of the hydrogen economy. In the medium and long term, green hydrogen produced from electrolysis of water or imported from abroad is suggested, which does not emit CO2.
The Hydrogen Economy Roadmap’s supply plan lacked specific production volume by production methods and detailed analysis on the economics. In addition, it was pointed out that a production portfolio should be set up taking into account the structure of hydrogen consumption.
In Korea, hydrogen production from steam methane reforming is currently available, but in the medium and long term, green hydrogen produced from electrolysis or imported from abroad is considered as a promising option.
In order to meet the goal of building a vibrant hydrogen economy, a system is required to ensure stable supply of hydrogen, which is produced in an eco-friendly and economic way, and the following policy implications should be considered in establishing such a system.
First, the hydrogen supply system should be in line with the ultimate aim of building a hydrogen economy, which is a transition to an eco-friendly energy system.
Major countries that are pursuing the hydrogen economy (i.e. EU, Japan) promote the use of hydrogen energy as a means of achieving ‘decarbonization’ and ‘renewable energy transition’ goals.
Korea is also seeking to build a hydrogen economy with the aim of transitioning to the green energy future. Therefore, when establishing the hydrogen supply system, it is worthy to note that too much focus on the current economics or hydrogen supply target in quantitative terms could result in a long way from the ultimate policy goal.
Secondly, the Hydrogen Economy Roadmap needs to be improved to present a detailed hydrogen production portfolio by 2040. Setting a specific goal could be challenging, as the hydrogen industry is at an early stage, and there is a high degree of uncertainty in technological advance. Still, a detailed production portfolio is required, given that a clear policy goal increases the chance of achieving it.
Thirdly, the government and private sector should all take a part and work on collaboration details to build a robust hydrogen economy. EU countries that are promoting the hydrogen economy acknowledge that the government support and policies are important, but private enterprises also have an important role to play in the hydrogen R&D sector. That means the government’s role should be clearly defined, and when it comes to the areas where private companies perform more effectively, such as the development of technology and business, the government should confine its role to providing support.
Lastly, legal, institutional and financial frameworks should be strengthened to enhance the sustainability of policies that create a vibrant hydrogen economy. A lack of confidence in sustainable policy implementation could hinder the private sector’s interest and investment in the hydrogen industry where uncertainty is high. Legal and institutional arrangement could address this uncertainty, providing momentum to create a hydrogen economy. For instance, if the government lays out detailed plans on the hydrogen economy in Energy Master Plan, the uncertainty will decrease. In addition, a stable financial flow to the hydrogen economy is essential to ensure sustainable policy implementation, and thus it could be considered to set aside financial resources such as Special Account for Energy & Resource Project or Electric Power Industry Basis Fund.

국문 초록 (Abstract)

우리나라는 2019년 1월 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표하면서 수소경제를 선도하는 국가로 발전하겠다는 목표를 제시했다. ‘수소경제 활성화 로드맵’은 수소경제 추진을 통해 에너지 산업에서 새로운 성장 동력을 창출하여 지속적인 경제 성장을 이루는 한편, 화석에너지 중심의 에너지시스템을 친환경 에너지 시스템으로 전환을 촉진하고, 높은 해외 에너지의존도의 축소 등을 주요 목표로 제시하고 있다. 그러나 정부가 제시하고 있는 ‘수소경제 활성화 로드맵’은 수소의 생산부문보다는 수소차, 연료전지와 같은 활용부문 활성화 정책에 초점을 맞추고 있는 것으로 보인다. 이에 따라 수소경제 확충을 위한 보다 종합적인 정책체계를 완비하기 위해 수소경제 확충의 중요한 축인 ‘수소 생산부문’에 대하여 단기 및 중·장기 차원의 정책방향 및 목표 설정이 필요할 것으로 생각된다.
본 연구는 우리나라의 수소공급 능력 제고를 위해 고려될 수 있는 다양한 정책대안을 점검하기 위해 수소경제 추진을 선도하고자 하는 주요 선도국의 수소 공급역량 확충 정책사례를 분석하여 시사점을 도출하려고 한다. 또한 해외사례 분석결과와 우리나라 정부가 제시한 ‘수소경제 활성화 로드맵’의 수소 공급방안을 종합적으로 검토하여 우리나라에 적용 가능한 수소 공급시스템에 대한 시사점을 도출하는 것에 목적이 있다.
2019년 2월 EU는 에너지 전환 정책의 안정적 추진을 지원하는 측면에서 ‘수소 로드맵(Hydrogen Roadmap Europe)’을 발표했으며, 2050년까지 수소 및 연료전지의 보급을 확산하기 위한 EU의 정책 및 활동 방향을 제시하고 있다. ‘수소 로드맵’을 바탕으로 독일, 네델란드, 이탈리아, 영국과 같은 EU의 주요국들은 수소의 친환경적인 생산, 수소 공급인프라 확충 및 수소의 이용 확대에 주안점을 두고 있는 것으로 보인다. 특히 친환경적인 수소의 생산과 관련해서 재생에너지로 생성된 전력을 수소로 전환하는 기술개발과 생산설비의 대형화를 위한 연구 프로젝트에 정책적인 지원을 집중하고 있다.
일본은 2014년 6월의 수소·연료전지 전략 로드맵, 2017년 12월의 수소기본전략, 2019년 3월에 재발표한 수소·연료전지 전략 로드맵을 통해 수소경제 활성화 방안을 제시하고 있다. 2019년에 발표한 수소·연료전지 전략 로드맵에서는 수소 공급방안을 자국내에서 수소를 생산하는 방식과 해외에서 생산된 수소를 수입하는 방식으로 이원화된 체계를 제시하고 있다. 일본의 자국내 수소 공급은 재생에너지를 활용한 그린수소의 생산과 미활용 지역자원을 활용한 저탄소 수소 생산에 초점을 맞추고 있다. 또한 수소의 수입과 관련해서는 해외에서 재생에너지원 또는 화석연료에 CCS를 결합한 형태로 생산된 그린수소를 수입하는 방식의 친환경적 글로벌 수소 공급체계 구축방안을 제시하고 있다.
2019년 11월 ‘호주 에너지위원회(The Council of Australian Governments)’는 호주 수소전략(Australia’s National Hydrogen Strategy)을 통해 정부와 관련 산업계가 2030년까지 수소산업 기반을 확충하고 수소를 수출 에너지원으로 육성하기 위한 전략을 제시하였다. 호주의 경우에는 수소 생산을 재생에너지를 이용하는 방식과 화석연료를 이용한 방식으로 구분하고 있다. 재생에너지를 이용한 방식은 재생에너지에서 생산된 전력을 활용하여 수전해 방식으로 그린수소를 생산하는 것이며, 화석연료를 이용하는 방식은 호주에 풍부한 천연가스, 석탄 등의 화석연료에서 수소를 추출하면서 CO2를 저장할 수 있는 CCS와 결합하여 블루수소를 생산하는 방식을 제시하고 있다.
수소를 생산하는 방식은 기술개발이 진행됨에 따라 다양해지고 있지만, 현재 수소의 대표적인 공급방식은 크게 천연가스를 이용하는 스팀매탄개질(SMR), 전력을 이용한 수전해, 석탄을 이용하는 석탄가스화를 꼽을 수 있으며, 해외에서 생산된 수소를 수입하는 방안도 공급대안으로 고려할 수 있다. 이러한 수소의 공급대안별 장단점을 살펴보면 석탄 및 천연가스에서 수소를 생산하는 방식은 경제성이 우수하지만 CO2를 배출한다는 점에서 한계가 존재한다. 반면 수전해 방식으로 수소를 생산하는 것은 CO2를 배출하지 않는다는 점에서 환경성 측면에서는 우수하지만, 다른 방식들에 비해 경제성 확보가 어렵다는 문제가 존재한다. 또한 해외에서 생산된 수소를 수입하는 방안은 효율적이고 친환경적인 방식으로 생산된 수소를 이용할 수 있다는 점은 긍정적이지만, 수소의 수송을 위해서는 높은 비용이 소요된다는 단점이 지적되고 있다.
우리나라도 2019년 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’에서 수소의 주요 공급방법을 4가지(추출수소, 부생수소, 수전해, 해외수입)로 제시하고 있다. 부생수소와 추출수소는 현재 생산이 가능한 방식으로 수소경제 이행 초기의 생산방식으로 제시되고 있으며, 중장기적으로는 수전해 방식과 해외수입 방식을 통해 CO2를 배출하지 않는 그린수소 공급방안을 제시하고 있다. 그러나 ‘수소경제 활성화 로드맵’의 수소 공급방안은 수소 생산방식별로 구체적인 생산 목표를 제시되지 못하고 있으며, 경제성에 대한 구체적인 분석이 결여되어 있고, 수소의 소비구조를 고려한 생산 포트폴리오 구성을 제시하지 못하는 한계점을 가지고 있다. 수소의 생산과 관련하여 우리나라가 현재 사용할 수 있는 대안은 추출방식의 수소생산이지만, 중장기적으로는 친환경성이 강조되는 수전해 방식과 수입을 통한 그린수소 공급이 활용할 수 있는 대안으로 생각된다.
우리나라가 추진하는 수소경제 활성화 목표를 달성하기 위해서는 환경성과 경제성을 만족시키는 수소를 안정적으로 공급하는 시스템 구축이 필요하며, 우리나라 수소 공급시스템을 구축함에 있어서 다음과 같은 정책시사점의 고려가 필요하다고 생각된다.
첫째, 친환경적인 에너지 시스템으로 전환이라는 수소경제 활성화의 목적을 감안하여 우리나라 수소 공급시스템 구축을 고려해야 한다. 수소경제 활성화를 추진하고 있는 해외 주요국(EU, 일본 등)들은 수소에너지 보급 확대를 ‘탈탄소화’와 ‘재생에너지로 전환’이라는 목표 달성을 위한 정책수단으로 제시하고 있으며, 우리나라도 수소경제 활성화의 주요 목적의 하나로 ‘친환경적인 에너지 시스템으로 전환’을 제시하고 있다. 그러므로 우리나라 수소 공급시스템을 구축하는데 있어서 현재의 경제성만을 과도하게 고려하거나, 수소공급 목표량과 같은 정량적인 수치에 집착하는 경우 정책의 궁극적인 목표에 소홀해질 가능성이 있음을 유념해야 할 것이다.
둘째, 정부에서 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 보완하여 2040년까지 수소의 공급 포트폴리오를 구체화할 필요가 있다. 우리나라의 수소산업 발전단계가 아직 초보적인 수준에 있으며 수소 생산기술 발전에 대한 불확실성이 높다는 측면에서 구체적인 목표 제시가 곤란할 수 있지만, 정책목표를 명확하게 제시하는 것이 달성가능성을 높일 수 있다는 점에서는 향후 구체적인 수소 생산 포트폴리오 제시가 필요하다고 생각된다.
셋째, 수소경제 활성화를 위해서 정부와 민간부문의 역할분담 및 협력방안 설계가 필요할 것으로 보인다. 수소경제 활성화를 추진하는 EU 국가들도 정부의 역할과 지원정책의 중요성을 인정하지만, 수소와 관련된 R&D 부문에서는 민간기업이 중요한 역할을 담당할 필요가 있다. 이를 위해서는 정부가 담당해야 할 역할을 명확하게 규정하고, 기술개발 및 사업화와 같이 민간부문 효율성이 발휘될 수 있는 부문에 대해서는 정부가 지원자 역할에 집중해야 할 것이다.
마지막으로, 수소경제 활성화 정책의 지속가능성을 제고할 수 있도록 법률적, 제도적, 재정적인 체계를 보완해야 한다. 특히 수소경제 활성화 정책이 지속적으로 추진될 것이라는 믿음이 약하다면, 불확실성이 높은 수소산업에 대하여 민간부문의 참여와 투자는 제한될 것으로 생각된다. 이러한 불확실성을 해소하기 위하여 수소경제 추진을 담보할 수 있는 법률과 제도를 수립할 필요성이 있다. 예를 들면 정부의 ‘에너지기본계획’에 수소경제 활성화의 구체적인 내용을 포함시켜 불확실성을 낮추는 방안도 추진할 수 있다. 또한 수소경제 활성화에 필요한 재원을 안정적으로 확보할 수 있는 방안을 마련하는 것도 정책의 지속가능성을 높이는 중요한 방안으로 생각된다. 이를 위해서는 ‘에너지 및 자원사업 특별회계’ 또는 ‘전력산업기반기금’과 같이 별도의 재원을 마련하는 방안도 고려해 볼 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론
• 1. 연구의 필요성
• 2. 연구의 목적
• 제2장 주요국의 수소 공급 정책
• 1. EU의 수소 공급 정책
• 1.1. EU 수소 로드맵의 개요
• 1.1.1 수소에너지의 중요성
• 1.1.2 EU 수소 로드맵의 목표
• 1.2. EU 수소 생산기술 로드맵
• 1.2.1. 전기분해 기술
• 1.2.2. 기타 수소 생산기술
• 1.3. EU 주요국 수소경제 활성화 정책
• 2. 일본의 수소 공급정책 분석
• 2.1. 일본의 수소경제 추진 정책
• 2.1.1. 일본의 수소 경제 추진 동향
• 2.1.2. 일본의 수소·연료전지 전략 로드맵(2014)
• 2.1.3. 일본의 수소·연료전지 전략 로드맵(2019)
• 2.2. 일본의 수소 공급정책
• 2.2.1. 일본의 국내 수소 공급정책
• 2.2.2. 일본의 글로벌 수소 공급정책
• 2.3. 일본의 수소공급 주요 프로젝트
• 2.3.1. 호주 수소생산 프로젝트
• 2.3.2. 브루나이 수소생산 프로젝트
• 2.3.3. 후쿠시마 수소생산 실증 프로젝트
• 3. 호주의 수소 공급정책 분석
• 3.1 호주의 수소 정책
• 3.1.1 호주의 국가 수소 로드맵
• 3.1.2 호주의 수소 전략
• 3.2. 호주의 수소 생산
• 3.2.1. 재생에너지를 이용한 수소 생산
• 3.2.2. 화석연료를 이용한 수소 생산
• 3.3. 지역별 수소 정책 및 주요 프로젝트
• 3.3.1. 호주의 지역별 수소공급 정책
• 3.3.2. 호주의 지역별 수소 프로젝트
• 제3장 수소 공급방식별 비교 분석
• 1. 수소 공급방식의 장단점 분석
• 1.1. 수소 생산방식별 장단점
• 1.1.1. 스팀매탄개질의 장점과 한계점
• 1.1.2. 석탄가스화의 장점과 한계점
• 1.1.3. 수전해의 장점과 한계점
• 1.2. 수소 생산방식별 평가
• 2. 수소 공급방식별 경제성 비교
• 2.1. 수소 생산 방식
• 2.2. 수소 생산 기술별 경제성
• 제4장 수소경제 활성화를 위한 국내 수소공급 시스템
• 1. 수소 공급방식별 국내 적용가능성
• 1.1. 우리나라 수소 공급정책 방향
• 1.2. 국내 적용가능성 검토
• 2. 수소 공급시스템 구축을 위한 정책시사점
• 참고문헌