수소는 풍부한 에너지 자원이 있는 지역에서 수천 킬로미터 떨어진 에너지 고갈 지역에 이르기까지 장거리에서 잠재적으로 재생 에너지를 수송하는 수소 기반 연료를 사용하여 재생 에너지를 저장 하는 주요 옵션 중 하나로 부상하고 있습니다. -by Emanuele Taibi 박사
녹색 수소는 중공업, 장거리 화물, 해운 및 항공을 탈탄소화하기 위한 수단으로 UN 기후 회의, COP26에서 여러 배출 감소 공약에 등장했다. 각국 정부와 산업계는 모두 수소를 순 제로 경제의 중요한 재원으로 인정했다.
'World Economic Forum'에 에마누엘레 타이비(Emanuele Taibi) 박사가 '녹색 수소는 무엇이며 왜 필요한가요' 주재로 기고한 내용을 본지가 정리하여 녹색수소의 미래를 재조명해본다.
◇ '회색' 수소 및 청색 수소와 차이점
수소는 주기율표에서 가장 단순하고 작은 원소다. 그것이 어떻게 생산되든 결국 동일한 탄소가 없는 분자로 귀결된다. 그러나 수소을 생산하는 경로는 매우 다양하며 이산화탄소(CO2) 및 메탄(CH4)과 같은 온실 가스의 배출도 매우 다양하다.
◇회색수소
그린 수소는 재생 가능한 전기를 사용하여 물을 수소와 산소로 분해하여 생성되는 수소로 정의된다. 회색 수소는 전통적으로 메탄(CH4)에서 생산되며 증기와 함께 기후 변화의 주요 원인인 CO2와 수소인 H2로 분해된다. 회색 수소는 석탄에서도 점점 더 많이 생산되어 왔으며 생산된 수소 단위당 CO2 배출량이 훨씬 더 많아 회색 대신 갈색 또는 검은색 수소라고 하는 경우가 많다. 오늘날 산업적 규모로 생산되며 관련 배출량은 영국과 인도네시아의 배출량을 합친 것과 비슷하다.
◇청색수소
청색 수소는 수소가 메탄(또는 석탄)에서 분리될 때 생성된 CO2를 포집하고 장기간 저장하는 데 필요한 추가 기술과 함께 회색과 동일한 프로세스를 따른다. 하나의 색상이 아니라 매우 넓은 그라데이션으로 생성된 CO2를 100% 포집할 수 없고, 이를 저장하는 모든 수단이 장기적으로 동일하게 효과적이지는 않다. CO2의 상당 부분을 포집하면 수소 생산이 기후에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있다.
생산 방법에 따라 수소는 회색, 파란색 또는 녹색일 수 있으며 때로는 분홍색, 노란색 또는 청록색일 수도 있습니다.(자료=국제 재생 에너지 기구)
◇녹색 수소 및 기타 색상
생산 방법에 따라 수소는 회색, 파란색 또는 녹색일 수 있으며 때로는 분홍색, 노란색 또는 청록색일 수도 있다. 높은 포집률(90-95%)과 고체 형태의 CO2의 효과적인 장기 저장을 하는 기술에 있다. 녹색 수소는 재생 가능 전력과 전기분해라는 두 가지 핵심 기술을 기반으로 빠르게 확장되고 있다.
오늘날 대부분의 국가와 지역에서 가장 저렴한 전기 공급원인 재생 가능 전력과 달리 녹색 수소 생산을 위한 전기 분해는 향후 10~20년 동안 비용을 최소 3배 이상 크게 확장하고 비용을 줄여야한다. 그러나 CCS 및 메탄 열분해와 달리 전기분해는 오늘날 상업적으로 이용 가능하며 현재 여러 국제 공급업체로부터 조달할수 있는게 특징이다.
◇녹색 수소 에너지 솔루션 장점과 녹색경제로의 전환은
녹색 수소는 에너지 전환의 중요한 부분이다. 기존 전력 시스템을 탈탄소화하기 위해 재생 가능한 전기의 배치를 더욱 가속화하고, 저비용 재생 가능한 전기를 활용하기 위해 에너지 부문의 전기화를 가속화한 다음, 마지막으로 전기화 하기 위해 어려운 부문을 탈 탄소화 해야 하므로 중공업, 해운, 항공과 같이 친환경 수소를 통해 즉각적인 단계는 아니다.
오늘날 우리는 높은 CO2(및 메탄) 배출과 함께 상당한 양의 회색 수소를 생산한다는 점에 주목하는 것이 중요하다. 예를 들어 천연 가스의 암모니아를 녹색 암모니아로 대체하여 기존 수소 수요의 탈탄소화를 시작하는 것이 우선순위가 될 것이다.
◇녹색 수소가 청색 수소와 비교하여 비용 경쟁력과 전략적 투자는
최근 연구는 녹색 수소가 비용 경쟁력을 갖출 때까지 전환 연료로서의 청색 수소의 개념에 대한 논쟁을 촉발 하고 있다.
첫 번째 단계는 청색 수소가 회색을 대체한다는 신호를 제공하는 것이다. CO2 배출에 대한 비용 없이는 기업이 복잡하고 값비싼 탄소포집 시스템(CCS) 및 CO2의 지질학적 저장에 투자할 비즈니스 사례가 없기 때문이다. 일단 저탄소 수소(청색, 녹색, 청록색)가 회색 수소와 경쟁력이 있는 프레임워크가 되면 문제는 다음과 같다.
위험이 좌초된 자산을 가질 위험이 있는 경우 탄소포집 시스템(CCS)에 투자해야 하고 녹색이 얼마나 빨리 일반 수소보다 저렴해질 것이라는 것이다. 물론 대답은 지역에 따라 다를 수 있다. 점점 더 많은 국가가 약속하는 목표인 순 제로 세계에서 블루수소의 나머지 배출량은 음의 배출량으로 상쇄되어야 한다. 이와 동시에 최근 가스 가격이 매우 변동성이 높아 블루 수소 가격이 가스 가격과 높은 상관관계를 갖게 되었고 CO2 가격 불확실성뿐만 아니라 천연 가스 가격 변동성에도 노출되었다.
그러나 녹색 수소의 경우 태양광 PV와 유사한 이야기를 목격할 수 있다. 자본 집약적이므로 재생 가능 기술 및 전해조의 제조 규모를 확대하여 투자 비용과 투자 비용 을 줄이는 동시에 녹색 수소 투자를 위한 자본 비용을 줄이기 위해 위험이 낮은 수익을 창출해야 한다. 이는 불안정하고 잠재적으로 증가하는 청색 수소 비용과 대조적으로 안정적이고 감소하는 녹색 수소 비용으로 이어질 것이다.
재생 가능 에너지 기술은 경쟁력 있는 녹색 수소 생산의 전제 조건인 전 세계적으로 경쟁력 있는 재생 가능 전력 생산을 가능하게 하는 오늘날 이미 성숙 수준에 도달했다. 전해조는 여전히 매우 작은 규모로 배치되어 비용을 3배로 줄이기 위해 향후 30년 동안 30배 의 규모 확장이 필요하다.
오늘날 녹색 수소 프로젝트를 위한 파이프라인은 2030년 이전에 전해조 비용을 절반으로 줄이기 위한 궤도에 도달했다. 이것은 최고의 재생 가능 자원이 있는 대규모 프로젝트와 결합되어 향후 5-10년 내에 대규모로 사용할 수 있는 경쟁력 있는 녹색 수소로 이어질 수 있다.
자금 파일럿 단계에 있는 블루 수소가 파일럿에서 상업 규모로 확장하고 복잡한 프로젝트를 상업 규모와 경쟁력 있는 비용으로 배치하고 투자 횟수에 많은 시간은 앞으로 10~15년 남았다.