기술 에너지연, 친환경 ‘그린수소’ 경제적 생산 청사진 제시

알칼라인 수전해, 양성자교환막 수전해 기술 비교로 최적 운영 전략 도출 ▲ 알칼라인 및 양성자교환막(PEM) 수전해의 비교 기술경제성분석 연구 개념도. [에너지신문] 한국에너지기술연구원(이하 에너지연) 에너지AI·계산과학실 박정호 박사 연구진이 미래 친환경 수소 생산 기술로 손꼽히는 수전해 기술의 경제성을 분석하고 최적의 운영 방안을 제시했다. 미래 친환경 연료인 그린수소의 생산에는 주로 알칼라인 수전해와 양성자교환막 수전해(이하 ‘PEM 수전해’) 기술이 활용된다.  이 중 알칼라인 수전해 기술은 값싸게 대량의 수소를 생산할 수 있어 가장 상용화된 기술이다.  하지만 장치 가동에 필요한 전력의 요구치가 높고 일정한 공급이 필요해 전력 생산이 들쑥날쑥한 재생에너지와의 연계가 어렵다.   올해 2월 11차 전력수급기본계획에서 청정 수소는 2038년까지 암모니아 발전과 함께 우리나라 전체 발전량의 6.2%를 담당할 계획이다.  알칼라인 수전해는 수산화칼륨 등 알칼라인 액체 전해질을 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 기술을, 양성자교환막 수전해는 고체 상태의 양이온 교환막을 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 기술을 말한다.  PEM 수전해의 경우 적은 전력으로도 수소를 생산할 수 있어 재생에너지만으로도 작동이 가능하지만 초기 설치 비용이 높고 알칼라인 수전해에 비해 기술 성숙도가 낮다는 단점이 있다.  한가지 기술만으로 그린수소 생산 인프라를 구축하기 어려운 이유다. 이에 연구진은 알칼라인 수전해와 PEM 수전해의 기술적 차이, 경제성을 비교 분석해 최적의 운영 전략을 도출했다.  특히 알칼라인 수전해의 가동 전력을 안정적으로 공급하기 위해 기존의 전력망을 보조 전력으로 이용하는 것이 가장 경제적이라는 시각을 제시했다.  알칼라인 수전해 장치에 전력이 일정하게 공급되지 않으면 가동과 중단이 반복돼 열화가 발생하고 수명과 효율이 떨어진다.  이를 극복하기 위해서는 에너지 저장 장치(이하 ‘ESS’) 등 보조 전원을 활용해 전력을 끊임없이 공급해야 한다. 연구진의 분석 결과 재생 전력을 사용하면서 ESS를 보조 전원으로 활용할 경우 수소 생산 단가는 킬로그램당 최대 8.6달러로 평가됐다.  반면 기존 화석 연료 발전 중심의 전력망을 통해 보조 전력을 확보하면 킬로그램당 6.6달러로 낮아진다.  현재 기준으로 기존 전력망과의 연계가 경제적이지만 환경 문제를 해소하지 못해 장기적으로는 ESS 단가 절감과 바이오매스, 원자력 등 무탄소 연료 발전 비중이 높아져야 한다는 분석이다. 균등화 수소 생산 단가(LCOH, Levelized Cost of Hydrogen)는 수소 생산을 위한 총 자본과 운전 비용의 합계를 총 수소 생산량으로 나눠 수소 생산 단가를 도출하는 지표를 말하며  수소생산단가는 ESS 조합 기준으로 ESS 용량 500메가와트시(Mwh) 조합 시 kg당 8.6달러, 전력망 이용 기준으로 알칼라인 수전해 운전에 필요한 최소 전력인 20% 이용 기준 kg당 6.6달러다.  또 다른 기술인 PEM 수전해의 경우 장치에 과부하를 주면 오히려 경제성이 개선된다는 시각을 제시했다.  PEM 수전해 장치는 필요 이상으로 전력을 과잉 공급해 수소 생산량을 늘리는 과부하 운전이 가능하기 때문이다.  연구진은 재생에너지 발전량을 늘려 필요 전력의 1.5배를 과잉 공급할 경우 수소 생산 단가를 킬로그램당 5.8달러까지 낮출 수 있을 것으로 내다봤다. 이를 통해 연구진은 재생에너지 발전 비율이 높고 안정적 공급이 가능한 환경에서는 PEM 수전해를, 이외의 환경에서는 알칼라인 수전해와 무탄소 기반의 전력망을 조합하는 것이 가장 이상적이라고 분석했다.  이에 더해 연구진은 우리나라 환경에 맞는 최적의 수전해 수소 생산 조합을 제안했다.  제주도의 기상 데이터를 기반으로 평가한 결과 향후 수전해 설비 100메가와트(MW)를 기준으로 해상풍력 100메가와트, 태양광 100메가와트를 조합하면 킬로그램당 4달러 수준에서 안정적인 수소 공급이 가능할 것으로 내다봤다. ▲ 박정호 박사가 수전해기술의 경제성비교에 대해 설명하고 있다. 연구를 주도한 에너지연 박정호 박사는 “이번 연구는 알칼라인과 PEM 수전해의 기술적 차이를 명확히 분석하고 에너지 환경에 따른 최적의 설계 및 운영 전략을 제시했다는 점에서 의미가 크다”라며 “향후 재생에너지를 활용한 수소 생산 시스템 구축 시 기술 선택과 투자 방향을 결정하는 데 중요한 참고 자료가 될 것”이라고 말했다. 연구성과는 에너지연 기본사업을 통해 수행됐으며 국제 저명 학술지 에너지 컨버전 앤 매니지먼트(Energy Conversion and Management, IF 9.9, 역학 분야 상위 1.8% 저널) 2월호에 게재됐다.

에너지신문 2025.03.06

정책 정부, 넷제로 국제협력 확대·강화 나선다

김완섭 환경부 장관OECD·IEA·UNESCO·ITF와 다자외교 추진▶ 탄소무역장벽·플라스틱오염·친환경차·저탄소 에너지 확대 논의▶ ‘세계 환경의 날’ 국제적 관심 촉구…2025년 제주 행사 준비 본격화 ◇작년 부산 벡스코에서 열린 플라스틱 오염 국제협약 제5차 정부간협상위원회 개막식에서 개회사를 하고 있는 김완섭 환경부 장관. 사진: 환경부 [넷제로뉴스] 환경부는 김완섭 환경부 장관이 3월 3일부터 5일까지 프랑스 파리를 방문해 경제협력개발기구(OECD), 유네스코(UNESCO), 국제에너지기구(IEA), 국제교통포럼(ITF) 등 주요 국제기구와 면담을 진행하며, 기후환경 분야 국제협력을 강화할 계획이라고 밝혔습니다. 김 장관은 이번 방문에서 △탄소무역장벽 및 플라스틱오염(OECD), △물·자연(UNESCO), △에너지(IEA), △친환경차(ITF) 등 주요 환경 현안을 논의할 예정입니다. 특히, 미국 신정부 출범 이후 변화하는 국제 정세 속에서 기후환경 분야 대응과 공조 방안을 모색하고, 우리나라와 유엔환경계획(UNEP)이 공동 주최하는 2025년 ‘세계 환경의 날(6월 5일, 제주)’ 기념행사의 성공적인 개최를 위해 협력 방안을 집중 논의할 계획입니다. ▶OECD·UNESCO와 환경 협력 강화 김 장관은 마티아스 콜먼(Mathias Cormann) OECD 사무총장과 면담을 갖고, OECD가 기후통상 규범화의 일환으로 추진 중인 탄소집약도 논의(post-CBAM)에서 탄소집약도가 단순한 교역 장애 요인이 아니라 저탄소 시장 창출과 녹색 전환 촉진 수단으로 활용될 필요가 있다는 점을 강조할 예정입니다. 아울러, 27년 만에 국내에서 열리는 ‘세계 환경의 날’ 기념행사가 글로벌 행사로 자리 잡을 수 있도록 OECD의 협력을 요청할 계획입니다. 또한, OECD가 세계 환경의 날과 같은 시기에 발간하는 ASEAN+3 플라스틱 전망보고서와 관련하여, 플라스틱 오염 종식을 위한 국제사회의 협력을 강화하는 방안을 논의할 예정입니다. 김 장관은 리디아 아서 브리토(Lidia Arthur Brito) 유네스코 사무차장과의 면담에서는 △경북 동해안과 단양 지역의 세계지질공원 지정 협의, △정부 간 수문 프로그램(IHP) 50주년 기념식(‘25.6.11~13, 파리 유네스코 본부) 협력 강화, △한국형 인공지능(AI) 홍수 예보 사례 공유, △유네스코 후원 국제보호지역 글로벌 연구·훈련센터 개소(‘25.4월, 제주) 관련 협력 방안 등을 논의할 예정입니다. ▶IEA·ITF와 새로운 협력 창구 개척 김 장관은 이번 방문을 통해 OECD 및 UNESCO와의 기존 협력 관계를 더욱 구체화하는 한편, 그동안 직접적인 교류가 없었던 국제교통포럼(ITF) 및 국제에너지기구(IEA)와의 첫 양자 면담을 진행하며 새로운 협력 채널을 구축할 예정입니다. 국제교통포럼(ITF)의 김영태 사무총장과의 면담에서는 친환경차 보조금 정책 및 전기차 수요 정체(캐즘 현상) 극복 방안을 논의하고, 무공해차 보급 활성화를 위한 정책 협의체 구성을 제안할 계획입니다. 또한, 파티 비롤(Fatih Birol) IEA 사무총장과의 면담에서는 저탄소 에너지 확대를 가로막는 장애 요인과 해결 방안을 논의하고, 온실가스 배출량 전망 관련 연구 협력을 위해 온실가스종합정보센터와의 연구협의체 구성을 제안할 예정입니다. 김완섭 환경부 장관은 “OECD와 UNESCO와의 협력을 더욱 강화하는 동시에, IEA와 ITF와는 새로운 협력 창구를 마련해 국제사회에서 우리나라의 환경외교 역량이 한 단계 도약할 수 있도록 하겠다”고 밝혔습니다.

넷제로뉴스 2025.03.03

정책 온실가스 국제감축, 정부간 협력으로 대형화 추진

유치국 정부와 G2G 대형 온실가스 감축사업 신설기존 B2G 사업, 지원 규모 최대 100억...요건 완화 [에너지신문] 산업통상자원부는 26일 김대자 무역투자실장 주재로 '온실가스 국제감축사업 실무추진단 9차 회의'를 열고 2025년 온실가스 국제감축사업 추진방향을 발표했다. 온실가스 국제감축사업 실무추진단은 해외투자를 통한 온실가스 국제감축사업을 효과적으로 추진하기 위해 민관 합동으로 구성됐으며, 지난해 2월까지 8차례 회의를 개최한 바 있다. 이번 9차 회의에서는 △2025년 산업·발전 부문 온실가스 국제감축사업 추진방향 △주요국과의 양자협력 추진현황 및 계획 △전담기관(에너지공단·코트라) 2025년 사업공고 등을 발표하고 관련사항을 논의했다. 산업부는 국가 온실가스 감축목표 이행과 미래 유망시장 선점을 위해 올해부터 기업이 수요를 발굴(Bottom-Up), 양국 정부에 신청하는 기존 B2G 사업의 지원규모를 확대하고 우리나라와 유치국 정부가 대형사업을 공동 기획, 하향식(Top-Down)으로 추진하는 정부간 협력(G2G) 사업을 신설한다고 밝혔다. 온실가스 국제감축사업은 2030 국가 온실가스 감축목표 달성을 위해 우리 기업의 국제감축사업 투자비 일부를 정부가 지원하고 이에 상응하는 감축실적을 회수, 국가 감축목표 달성에 활용하는 사업. 국가 온실가스 2030년 3750만톤이라는 국제감축목표를 달성하기 위해서는 사업규모를 확대할 필요가 있다는 의견이 전문가들로부터 제기됐다. 이에 따라 산업부는 올해부터 우리 기업의 B2G 국제감축사업 대형화를 유도하기 위해 투자지원사업 최대 지원금을 60억원에서 100억원으로 상향조정하고 타당성조사 지원액도 건당 2~3억원에서 3~5억원으로 상향했다. 특히 투자지원사업 선정조건을 당초 해당국 정부의 LOA(Letter Of Approval) 제출에서 LOA에 비해 확보가 용이한 LOI(Letter Of Internt)로 변경하는 등 지원조건을 완화, 사업 참여의 문턱을 낮출 계획이다. 아울러 유치국의 협력의향, 온실가스 감축여력 등을 토대로 정부가 대상국을 선정, 유치국 정부와 대형 G2G 사업을 추진할 계획으로, 이를 위해 G2G 사업의 마스터 플랜 수립을 지원하는 사업(건당 5억 내외)을 신설했으며, 마스터플랜 수립이 끝난 이후 투자지원사업 등을 통해 사업을 본격적으로 추진할 계획이다. 산업부는 이같은 내용을 담아 오는 3월 5일 ‘2025년 온실가스 국제감축사업’을 공고할 예정이다. 김대자 무역투자실장은 “온실가스 국제감축 목표는 전체 온실가스 감축목표의 12.8%로 두번째로 높은 비중을 차지하고 있다”며 “도전적으로 설정된 국제감축 목표 달성을 위해서는 정부간 협력사업(G2G)과 기존 사업의 대형화를 적극 추진해나가야 한다”고 강조했다.

에너지신문 2025.02.26

기술 폐기물→수소·전기...‘플라즈마 기술’서 해법 찾다

핵융합硏, 플라즈마 폐기물 가스화 기술로 생산 성공폐기물 자원화 새 전환점 마련...‘혁신 기술’ 주목받아 [에너지신문] 한국핵융합에너지연구원이 플라즈마 기술을 활용, 폐기물에서 수소 및 전기를 생산하는데 성공했다. 폐기물 자원화 기술의 새로운 전환점이 마련됐다는 평가다. 연구원 플라즈마기술연구소는 하루 3톤 규모의 폐기물을 처리할 수 있는 플라즈마 폐기물 가스화 실험로를 구축하고, 이를 통해 수소 함량이 높은 합성가스 생산 및 고체산화물 연료전지(SOFC)를 활용한 전력 생산에 성공했다고 밝혔다. ▲플라즈마 폐기물 가스화 실험로. 플라즈마 폐기물 가스화 기술은 3000도 이상의 고온 플라즈마를 이용해 폐기물을 열분해해 일산화탄소(CO), 수소(H) 등 합성가스로 전환하는 기술이다. 폐기물을 산소와 반응시켜 연소시키는 일반 소각 방식과 달리 고온의 플라즈마로 폐기물을 완전 분해할 경우 온실가스 배출이 현저히 감소해 친환경적 폐기물 처리가 가능하다. 또한 이 과정에서 발생한 합성가스를 연료로 활용해 수소나 전기를 생산할 수 있어 폐기물을 자원화하는 혁신 기술로 주목받고 있다. 핵융합연구원은 지난 2021년 500kW급 대용량 플라즈마 토치를 개발, 폐기물 열분해를 위한 핵심 기술 확보에 성공한 뒤 이를 바탕으로 하루 처리량 1.5톤 규모의 실험로를 구축해 플라즈마 폐기물 가스화 기술 확보를 위한 실험을 추진해왔다. 이후 2022년 GS건설, 현대중공업파워시스템과 업무 협약을 체결, 고온 플라즈마 가스화 상용로 개발을 위한 협력을 추진한 결과 일일 처리 용량을 3톤 규모로 대폭 확대한 실험로를 구축했다. ▲관련 기술을 개발한 핵융합연구원 연구팀이 기념촬영을 하고 있다. 연구팀은 해당 실험로를 활용해 플라스틱, 나무, 오일 슬러지와 같은 유기성 폐기물을 플라즈마 처리, 합성가스를 추출하고 수소를 정제하는 데 성공했다. 또한 해당 실험로와 SOFC를 연계해 플라즈마 처리 후 발생한 합성가스를 연료로 전력을 생산하는 데 성공, 폐기물 자원화의 실질적인 가능성을 입증했다. 핵융합연구원은 이번 성과를 바탕으로 국내 기업과의 협력을 확대, 상용화를 위한 연구 개발을 추진할 계획이다. 연구원 관계자는 “실험로의 장시간 운전 실증 등을 통해 장치 안정성을 확보하고, 다양한 폐기물 종류와 플라즈마 처리 방식에 따른 데이터 확보도 중요한 과제”라며 “수소 및 전기 생산량을 확대하기 위한 공정 최적화 연구 등을 통해 경제성을 강화, 상용화 단계로 나아갈 기반을 다질 예정”이라고 밝혔다.

에너지신문 2025.02.26