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그린 수소

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목차

1. 개요

그린 수소는 태양광, 풍력 등 신재생 에너지와 원자력 에너지를 활용하여 물을 전기 분해하여 생산하는 수소를 의미한다. 생산 과정에서 이산화탄소 배출이 없어 친환경적인 수소로 평가받으며, 글로벌 그린 수소 표준은 100% 재생 에너지로 생산된 수소로 정의한다. 그린 수소는 전기분해 방식을 통해 제조되며, 알칼리 수전해, PEM 수전해, AEM 수전해, 고온 수증기 전해, 바이오 숯 보조 수전해 등 다양한 제조 방법이 존재한다. 그린 수소는 산업, 수송, 에너지 저장 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 시장은 2022년 42억 달러에서 2030년까지 연평균 9.3% 성장할 것으로 전망된다. 현재 높은 생산 비용이 과제이며, 각국 정부는 그린 수소 생산 및 활용을 위한 정책과 투자를 확대하고 있다.

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그린 수소
개요
전해조를 이용한 그린 수소 생산 공정 모식도
전해조를 이용한 그린 수소 생산 공정 모식도
정의재생 에너지원을 사용하여 생산된 수소
생산 방법수전해: 전기 분해를 통해 물을 수소와 산소로 분리
생물학적 수소 생산: 미생물 또는 효소를 이용
열화학적 수소 생산: 고온의 열에너지를 이용
특징생산 과정에서 탄소 배출량이 거의 없음
환경 친화적인 에너지원으로 주목
다른 수소 생산 방식과의 비교회색 수소: 화석 연료를 개질하여 생산, 탄소 배출량 높음
청색 수소: 화석 연료 개질 시 탄소 포집 및 저장 기술 적용, 탄소 배출량 일부 감축
생산 기술
수전해 기술알칼라인 수전해(AEC): 전통적인 기술, 비교적 저렴하지만 효율이 낮음
고분자 전해질막 수전해(PEMEC): 높은 전류 밀도에서 작동 가능, 응답 속도가 빠름
고체 산화물 수전해(SOEC): 높은 온도에서 작동, 효율이 높지만 내구성 문제가 있음
전해조 기술 경쟁중국이 전해조 기술 경쟁에서 선두를 달리고 있음
활용 분야
에너지 저장잉여 재생 에너지 저장
수송연료 전지 자동차, 선박, 항공기 등의 연료
산업정유: 탈황 공정
화학: 암모니아, 메탄올 생산
철강: 제철 공정에서 환원제
건물 및 발전건물 난방 및 전력 공급
발전소 연료
장점
환경 친화성탄소 배출량 감소, 기후 변화 대응
에너지 안보에너지 자립도 향상
경제 성장새로운 산업 및 일자리 창출
단점 및 과제
생산 비용생산 비용이 높아 가격 경쟁력 확보가 어려움
에너지 효율에너지 효율 향상 필요
인프라저장, 운송, 활용 인프라 구축 필요
기술 개발생산 효율 및 내구성 향상을 위한 기술 개발 지속 필요
정책 및 전망
정부 지원 정책생산 보조금 지급
연구 개발 지원
인프라 구축 지원
시장 전망재생 에너지 가격 하락 및 기술 발전으로 생산 비용 감소 예상
수소 경제 활성화 정책 추진으로 수요 증가 예상
장기적으로 에너지 시스템 전환에 기여할 것으로 기대

2. 정의

풍력 신재생 에너지


가장 일반적으로[6], "그린 수소"는 태양광, 풍력 등 재생 에너지를 통해 얻은 전력을 사용하여 물을 전기 분해(수전해)하는 방식으로 생산된 수소를 의미한다.[7][8] 이 과정에서는 이산화탄소 배출이 없어 가장 친환경적인 수소 생산 방식으로 평가받는다. 이는 화석연료를 사용하여 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하는 브라운 수소나 그레이 수소와 대비된다.

글로벌 그린 수소 표준에서는 그린 수소를 "100% 또는 거의 100% 재생 에너지로 물의 전기 분해를 통해 생산된 수소로, 온실 가스 배출량이 거의 0에 가깝다"라고 더 구체적으로 정의한다.[9][10]

한편, 덜 일반적이지만[6] 더 넓은 의미로는 원자력 에너지나 바이오매스를 이용하는 등, 생산 과정에서 비교적 낮은 탄소 배출량을 가지며 다른 지속 가능성 기준을 충족하는 방식으로 생산된 수소까지 포함하기도 한다.[6][11][12]

3. 제조 방법



그린 수소는 주로 태양광, 풍력 등 재생 에너지나 원자력 에너지를 통해 얻은 전력으로 물을 전기분해(수전해)하여 생산하는 수소를 의미한다.[7][8] 이 방식은 화석연료를 사용하는 브라운 수소나 그레이 수소 생산과 달리 과정에서 이산화탄소(CO₂) 배출이 거의 없어 가장 친환경적인 수소 생산 방법으로 간주된다.

가장 일반적인 정의는 재생 에너지 전기를 이용한 수전해 방식이지만[6], 때로는 다른 기준이 추가되기도 한다. 글로벌 그린 수소 표준은 "100% 또는 거의 100% 재생 에너지로 물의 전기 분해를 통해 생산되며, 온실 가스 배출량이 거의 0에 가까운 수소"로 정의한다.[9][10] 드물게는 원자력 에너지나 바이오매스 등 상대적으로 낮은 탄소 배출과 지속 가능성 기준을 충족하는 다른 방식으로 생산된 수소까지 포함하는 넓은 의미로 사용되기도 한다.[6][11][12]

재생 에너지 기반 수전해는 탄소 중립적인 수소 생산의 핵심 기술이다. 주요 수전해 기술로는 알칼리 수전해, PEM(고분자 전해질막) 수전해, AEM(음이온 교환막) 수전해, 고온 수증기 전해 등이 있으며[126], 고온 전기분해 및 고압 전기분해 방식도 연구 중이다. 최근에는 바이오 숯 보조 수전해(BAWE)처럼 에너지 효율을 높이기 위한 새로운 기술 개발도 이루어지고 있다.[14] 수소 위원회(Hydrogen Council)는 2023년 12월 기준으로 그린 수소 생산 확대를 위한 전기분해 설비 투자가 증가하고 있다고 보고했다.[13]

3. 1. 알칼리 수전해

수산화 칼륨 용액의 전기분해를 통해 산소와 수소를 제조하는 방식이다.[127] 전해 효율은 70~80% 수준이며, 반응식은 다음과 같다.

  • 양극: 2H₂O + 2e⁻ → 2OH⁻ + H₂
  • 음극: 2OH⁻ → 1/2 O₂ + H₂O + 2e⁻ [128]


NEDO(신에너지·산업기술종합개발기구)의 실증 사업에서는 설비 비용 목표를 5.2만엔/kW으로 설정하고 있다.[129]

이 외에도 고온 전기분해 및 고압 전기분해 방식이 있다.

3. 2. 고분자 전해질막(PEM) 수전해

(해당 섹션에 대한 내용을 주어진 원본 소스에서 찾을 수 없습니다.)

3. 3. 음이온 교환막(AEM) 수전해

음이온 교환막(AEM) 수전해 방식은 알칼리 수전해 방식과 PEM형 수전해 방식의 장점을 조합한 기술이다.[131] 이 방식의 주요 특징은 촉매 등으로 귀금속을 사용하지 않는다는 점이다.[131] 이로 인해 제조 비용을 PEM형에 비해 약 20% 절감할 수 있다.[131]

AEM 수전해의 전극 반응은 다음과 같다.[132]

  • 양극: H₂O + 4e⁻ → 2H₂ + OH⁻
  • 음극: 4OH⁻ → O₂ + 2H₂O

3. 4. 고온 수증기 전해

900°C에 가까운 고온의 수증기를 전기분해하여 산소와 수소를 제조하는 방식이다. 전기 분해에 필요한 에너지의 일부를 열로 보충하기 때문에 효율이 높다.[133]

고온의 수증기를 이용한 수소 정제 기술로는, 전기 분해를 사용하지 않고 요오드(I)와 황(S)을 사용하여 물을 분해하는 IS 공정도 연구되고 있다.[134] 집광형 태양열 등으로 실현 가능한 온도인 650°C에서의 반응 성공 사례가 있다.[135]

3. 5. 바이오 숯 보조 수전해 (영어 문서)

바이오 숯 보조 수전해(Biochar-assisted water electrolysis|BAWEeng)는 물 전기분해 과정에서 에너지 소비를 줄이기 위해 산소 발생 반응(Oxygen Evolution Reaction, OER)을 바이오 숯 산화 반응(Biochar Oxidation Reaction, BOR)으로 대체하는 방식이다.[14] 이 반응이 진행되면서 전해질이 바이오 숯을 용해시킨다. 2024년 연구에 따르면, 이 방식은 기존 전기분해보다 6배 더 효율적이며, 1 V 미만의 전압에서 작동하고 산소(O2)를 생성하지 않는다. 또한, 약 250 mA/gcat의 전류 밀도에서 100%의 패러데이 효율을 보인다. 이 과정은 소규모 태양열 또는 풍력 발전으로 구동될 수 있다.[14]

소 배설물로 만든 바이오 숯을 사용하면 단 0.5 V의 전압에서도 작동하며, 사탕수수 껍질, 대마 폐기물, 종이 폐기물 등으로 만든 바이오 숯보다 우수한 성능을 보였다. 바이오 숯과 태양 에너지를 이용했을 때, 투입된 에너지의 약 35%가 수소로 전환되었다. 다만, 열분해를 통해 바이오 숯을 생산하는 과정 자체는 탄소 중립적이지 않다는 한계가 있다.[14]

4. 활용



그린 수소는 화석 연료를 직접 전기로 대체하는 데 어려움과 제한이 있는 에너지 시스템의 탈탄소화에 중요한 역할을 할 잠재력이 있다.

주요 활용 분야는 다음과 같다.

  • 산업 분야: 철강, 시멘트, 유리, 화학 물질 생산에 필요한 고온의 열을 제공하거나[16], 암모니아 및 유기 화학 물질 생산을 위한 청정 원료로 사용될 수 있다.[17] 특히 제철 공정에서는 에너지 운반체이자 저탄소 촉매로 활용될 가능성이 있다.[18]
  • 수송 분야: 암모니아나 메탄올과 같은 합성 연료 또는 연료 전지 형태로 변환되어, 특히 전동화가 어려운 해운, 항공, 대형 화물 차량 등의 탈탄소화에 기여할 수 있다.[17] 수소는 배터리에 비해 에너지 밀도가 높다는 장점이 있다.[19]
  • 에너지 저장: 생산된 전력을 수소 형태로 저장하여 필요할 때 다시 전기로 변환하는 방식으로 활용될 수 있다. 이는 장기간 계통 에너지 저장[21][22]이나 계절별 에너지 저장[23]에 유용하며, 단기 저장[24] 수단으로도 연구되고 있다.
  • 그린 메탄올 생산: 포집된 이산화 탄소와 그린 수소를 반응시켜 액체 연료인 그린 메탄올(CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O)을 생산하는 데 사용될 수 있다. 메탄올은 상온·상압에서 액체 상태를 유지하므로 액체 수소나 암모니아보다 수소를 저장하고 운송하기에 경제적일 수 있다.[25]

4. 1. 산업 원료



그린 수소는 화석 연료를 직접 전기로 대체하는 데 어려움과 제한이 있는 에너지 시스템의 탈탄소화에 중요한 역할을 할 잠재력이 있다.

수소 연료는 강철, 시멘트, 유리 및 화학 물질의 산업 생산에 필요한 고온의 열을 생성할 수 있으므로, 제철용 전기로와 같은 다른 기술과 함께 산업의 탈탄소화에 기여한다.[16] 그러나 그린 수소는 암모니아 및 유기 화학 물질의 더 깨끗한 생산을 위한 산업 원료를 제공하는 데 더 큰 역할을 할 가능성이 높다.[17] 예를 들어, 제철 공정에서 수소는 깨끗한 에너지 운반체로 기능할 수 있으며, 기존의 석탄에서 유래한 코크스를 대체하는 저탄소 촉매 역할도 할 수 있다.[18]

4. 2. 수송

수소를 운송 분야의 탈탄소화에 사용하는 방안으로, 암모니아 및 메탄올과 같은 수소 기반 합성 연료나 연료 전지 기술을 활용하는 것이 주목받고 있다. 특히 해운, 항공 및 대형 화물 차량과 같이 전동화가 어려운 분야에서 널리 사용될 가능성이 있다.[17] 에너지원으로서 수소는 리튬 배터리(0.15–0.25 kWh)에 비해 월등히 높은 에너지 밀도(39.6 kWh)를 가진다는 장점이 있다.[19]

그러나 승용차를 포함한 경량 차량 부문에서는 수소가 다른 대체 연료 자동차에 비해 경쟁력이 떨어지는 상황이다. 특히 배터리 전기 자동차(BEV)의 빠른 보급 속도를 고려할 때, 향후 경량 차량 시장에서 수소의 역할은 제한적일 수 있다.[20]

4. 3. 에너지 저장

그린 수소는 에너지를 저장하는 데에도 활용될 수 있다. 특히 장기간에 걸쳐 에너지를 저장해야 하는 경우, 예를 들어 계통 에너지 저장[21][22]이나 계절에 따라 남거나 부족한 에너지를 저장하는 계절별 에너지 저장에 사용될 가능성이 있다.[23] 또한, 짧은 기간 동안 에너지를 저장하는 배터리의 대안으로 그린 수소를 사용하는 방안도 연구되고 있다.[24]

4. 4. 그린 메탄올 (영어 문서)

그린 메탄올은 이산화 탄소와 수소를 결합하여 생산되는 액체 연료이다(CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O). 이는 재활용을 위한 탄소 포집의 한 방법이다. 메탄올은 상온 및 상압에서 액체 상태를 유지하기 때문에, 액화에 많은 에너지가 필요한 액체 수소나 암모니아에 비해 경제적으로 수소를 저장할 수 있다.[25]

2023년, 로라 머스크는 메탄올 연료로 운항하는 최초의 컨테이너선이 되었다.[26] 미국 중서부 지역, 특히 풍부한 풍력과 원자력 에너지를 보유한 아이오와, 미네소타, 일리노이의 에탄올 공장은 포집된 순수 탄소를 수소와 결합하여 그린 메탄올을 생산하기에 유리한 조건을 갖추고 있다.[27][28] 메탄올은 연소 시 불꽃이 잘 보이지 않아 위험할 수 있지만, 에탄올과 혼합하면 에탄올의 가시적인 연한 노란색 불꽃 덕분에 안전성을 높일 수 있다.[29][30][31]

그린 수소 생산 효율을 70%, 그리고 이 수소를 이용한 메탄올 생산 효율을 70%라고 가정하면, 전체 에너지 변환 효율은 약 49%가 된다.[32]

5. 시장 현황 및 전망

그린 수소는 기후 변화 대응과 탄소 중립 달성을 위한 핵심 청정 에너지원으로 주목받고 있다. 현재 전체 수소 시장에서 차지하는 비중은 작지만, 재생 가능 에너지의 확대와 전기 분해 기술의 발전에 힘입어 빠른 성장 잠재력을 지니고 있다. 높은 생산 비용은 여전히 해결해야 할 과제이지만, 지속적인 기술 개발, 규모의 경제 실현, 그리고 각국 정부의 정책적 지원을 통해 점차 가격 경쟁력을 갖출 것으로 전망된다. 이에 따라 전 세계적으로 그린 수소 생산 및 활용에 대한 투자가 활발히 이루어지고 있으며, 미래 수소 경제에서 중요한 역할을 수행할 것으로 기대된다.

5. 1. 시장 경쟁력

2022년 기준, 전 세계 수소 시장 규모는 1550억달러였으며, 2023년과 2030년 사이에 연평균 CAGR 9.3% 성장할 것으로 예상되었다.[33] 이 시장에서 그린 수소는 약 42억달러(2.7%)를 차지했다.[34] 생산 비용이 높기 때문에, 그린 수소는 시장 가치에 비해 생산량에서 작은 부분을 차지한다. 2020년에 생산된 수소의 대부분은 화석 연료에서 파생되었으며, 99%는 탄소 기반 원료에서 나왔다.[35] 전기 분해 기반 생산은 전체의 0.1% 미만을 차지하며,[36] 이 중 일부만 재생 가능 전력으로 구동된다.

현재 높은 생산 비용은 그린 수소 사용을 제한하는 주요 요인이다. 많은 전문가들은 kg당 2USD의 가격이 그린 수소를 기존 그레이 수소와 경쟁력 있게 만들 잠재적인 전환점이라고 생각한다.[37][38][39] 그린 수소는 다른 용도로 사용되지 못하고 출력 제한될 수 있는 잉여 재생 가능 전력으로 생산하는 것이 가장 저렴하며, 이는 낮고 가변적인 전력 수준에 대응할 수 있는 전기 분해기(예: 양성자 교환막(PEM) 전기 분해기)에 유리하다.[40]

전기 분해기의 비용은 2010년부터 2022년까지 60% 하락했으며,[41] 그린 수소 생산 비용은 재생 가능 전력 생산 비용 하락과 함께 2030년과 2050년까지 크게 하락할 것으로 예상된다.[40][42][43] 골드만삭스의 분석에 따르면, 러시아의 우크라이나 침공 직전인 2022년에 유럽 일부 지역에서는 높은 가스 및 탄소 가격 때문에 이미 그린 수소와 그레이 수소의 비용 균형점에 도달했다고 평가했다. 전 세계적으로는 2030년까지 비용 균형을 이룰 것으로 예상하며, 전 세계적인 탄소세가 그레이 수소에 부과될 경우 더 빨라질 수 있다고 전망했다.[44]

2021년 기준으로 그린 수소 투자 계획은 136개 프로젝트에 걸쳐 총 121기가와트(GW)의 전기 분해기 용량으로 추정되었으며, 총 투자 규모는 5000억달러 이상이다.[45] 계획된 모든 프로젝트가 건설되면, 2030년까지 전체 수소 생산량의 10%를 차지할 수 있다.[45] 골드만삭스에 따르면 이 시장은 2050년까지 연간 1조달러 이상이 될 수 있다.[46] 한 에너지 시장 분석가는 2021년 초에 저렴한 재생 에너지를 보유한 국가에서 그린 수소 가격이 2031년까지 70% 하락할 것이라고 제안했다.[47]

5. 2. 투자 및 성장 전망

2022년 기준으로 전 세계 수소 시장 규모는 1550억달러에 달했으며, 2023년부터 2030년까지 연평균 CAGR 9.3%의 성장이 예상되었다.[33] 이 중 그린 수소는 약 42억달러로 전체 시장의 2.7%를 차지했다.[34] 그린 수소는 생산 비용이 높아 시장 가치에 비해 실제 생산량 비중은 더 작다. 2020년에 생산된 수소 생산의 대부분(99%)은 화석 연료와 같은 탄소 기반 원료에서 나왔으며,[35] 전기분해를 통한 생산은 전체의 0.1% 미만에 불과했고, 그중 일부만이 재생 가능 전력으로 생산되었다.[36]

현재 그린 수소 활용을 제한하는 가장 큰 요인은 높은 생산 비용이다. 많은 전문가는 2USD/kg의 가격이 그린 수소가 기존의 그레이 수소와 경쟁할 수 있는 중요한 전환점이 될 것으로 보고 있다.[37][38][39] 그린 수소는 다른 용도로 사용되지 않아 출력 제한될 수 있는 잉여 재생 가능 전력을 활용하여 생산할 때 가장 경제적이다. 이러한 방식은 전력 수준의 변동성에 잘 대응할 수 있는 양성자 교환막(PEM) 전기 분해기와 같은 기술에 유리하다.[40]

전기 분해기 비용은 2010년부터 2022년까지 60% 하락했으며,[41] 재생 가능 전력 생산 비용의 지속적인 하락과 맞물려 그린 수소 생산 비용 역시 2030년과 2050년까지 크게 낮아질 것으로 전망된다.[40][42][43] 골드만삭스는 2022년 러시아의 우크라이나 침공 직전 분석에서, 유럽의 높은 천연가스 및 탄소 배출권 가격으로 인해 이미 일부 지역에서는 그린 수소와 그레이 수소의 비용이 비슷해졌다고 평가했다. 또한 전 세계적으로는 2030년까지 비용 균형점에 도달할 것으로 예상했으며, 전 세계적인 탄소세가 도입될 경우 그 시기는 더욱 앞당겨질 수 있다고 보았다.[44]

2021년 기준으로 계획 및 개발 단계에 있는 그린 수소 프로젝트는 136개에 달하며, 총 전기 분해기 용량은 121GW, 투자 규모는 5000억달러를 넘어서는 것으로 추산되었다.[45] 이 프로젝트들이 모두 건설될 경우, 2030년까지 전체 수소 생산량의 10%를 그린 수소가 차지할 수 있을 것으로 기대된다.[45] 골드만삭스는 그린 수소 시장이 2050년까지 연간 1조달러 이상의 규모로 성장할 가능성이 있다고 예측했다.[46] 한 에너지 시장 분석가는 저렴한 재생 가능 에너지 자원을 보유한 국가에서 그린 수소 가격이 2031년까지 70% 하락할 수 있다고 전망하기도 했다.[47]

6. 주요 국가별 프로젝트 및 정책

세계 각국은 기후 변화 대응과 에너지 전환의 핵심 수단으로 그린 수소에 주목하며 다양한 정책과 프로젝트를 추진하고 있다. 특히 유럽 연합(EU)과 국제 연합(UN)을 중심으로 국제적인 협력과 목표 설정이 활발하게 이루어지고 있다.

2020년, 유럽 위원회는 기후 중립 달성을 위한 포괄적인 수소 전략을 발표했다.[94] 이 전략은 3단계로 구성되어, 2024년까지 기존 수소 생산의 탈탄소화, 2030년까지 그린 수소를 에너지 시스템에 통합, 그리고 2050년까지 수소의 대규모 보급을 목표로 한다.[109] 2021년 유럽 의회는 이 전략을 지지하는 안건을 통과시켰다.[108] "유럽 그린 수소 가속 센터"는 2025년까지 연간 1000억유로 규모의 그린 수소 경제를 개발하는 것을 목표로 설정했다.[95] 골드만삭스는 2050년까지 수소가 EU 전체 에너지 믹스의 15%를 차지할 것으로 전망했다.[110] 독일, 오스트리아, 프랑스, 네덜란드, 벨기에, 룩셈부르크 등 6개 EU 회원국은 수소 관련 자금 지원 입법을 공동으로 요구했으며,[111] 많은 회원국이 특히 북아프리카 등지에서 수소를 수입하기 위한 계획을 수립하고 있다.[112] 다만 이러한 계획은 수소 생산을 늘리는 동시에 필요한 에너지 전환 부담을 역외로 이전하려는 시도라는 비판도 제기되었다.[113] EU는 2021년부터 역내에서 생산되는 모든 신규 가스 터빈이 수소-천연가스 혼합물을 연소할 수 있도록 요구하고 있다.[114]

국제 연합(UN) 차원에서도 그린 수소 확산을 위한 노력이 진행 중이다. 2020년 12월, UN은 RMI 및 여러 기업과 협력하여 그린 수소 캐터펄트 이니셔티브를 출범시켰다. 이는 2026년까지 그린 수소 생산 비용을 킬로그램당 2달러 미만(메가와트시당 50달러 상당)으로 낮추는 것을 목표로 한다.[96] 2021년에는 오스트리아, 중국, 독일, 이탈리아 정부의 지원을 받아 유엔 공업 개발 기구(UNIDO)가 산업 부문에서의 수소 활용 증진을 위한 글로벌 프로그램을 시작했다.[97]

일본 정부는 국가를 "수소 사회"로 전환하겠다는 계획을 추진하고 있다.[100] 이를 위해 2050년까지 수소 및 관련 연료가 전력 생산의 10%, 해운 및 철강 생산 등 다른 부문 에너지 수요의 상당 부분을 담당하도록 하는 예비 로드맵을 발표했다.[101] 일본은 또한 보조금을 통해 135개의 수소 충전소를 갖춘 수소 고속도로를 구축했으며, 2020년대 말까지 이를 1,000개소로 확대할 계획이다.[102][103]

6. 1. 대한민국

2020년 10월, 대한민국 정부는 제2회 수소경제위원회에서 의결한 수소발전의무화제도(HPS) 도입 계획에서 청정수소 활용을 강조한 청정수소발전의무화제도(CHPS) 도입 계획을 밝혔다. 또한 2021년 3월, 제3회 수소경제위원회를 개최하여 청정수소에 관한 인센티브 및 의무 부여를 위한 기반으로 청정수소 인증제 도입 계획을 의결했다.[137]

2021년 6월, 현대엔지니어링은 포스코, 경상북도, 울진군, 포항공대, 포항산업과학연구원, 한국원자력연구원과 원자력을 활용한 그린 수소 생산 기술개발을 위한 상호업무협약을 체결했다. 이 협약을 통해 고온 수소 생산기술 개발, 고온 수전해 요소 기술 개발, 원자력 활용 고온 수전해 기술개발 및 사업화, 기타 원자력 이용 수소생산 등에서 협력하며 초소형 모듈형 원자로(MMR) 기술 경쟁력 확보와 수소경제 활성화에 기여할 계획이다.[138]

6. 2. 유럽

2016년, 수소 원산지 보증제도(CertifHy Guarantee of Origin)를 구축했으며, 이를 통해 수소의 친환경성을 인증하고 있다.[136]

독일은 2030년까지 5GW의 전해조 생산 설비 구축에 90억유로를 투자했다.[60]

6. 3. 호주

2020년, 호주 정부는 필바라 지역에 세계 최대 규모의 재생 에너지 수출 시설 계획에 대한 승인을 신속하게 처리했다. 2021년, 에너지 회사들은 지역의 석탄 산업을 대체하기 위해 뉴사우스웨일스주에 20억호주 달러를 들여 "수소 밸리"를 건설할 계획을 발표했다.[48]

2022년 7월 현재, 호주 재생 에너지 기구(ARENA)는 대학 연구 개발부터 최초의 시연에 이르기까지 35개의 수소 프로젝트에 8800만호주 달러를 투자했다. 2022년, ARENA는 1억호주 달러 규모의 수소 배치 라운드의 일환으로 호주 최초의 대규모 전해조 배치 2~3건을 마무리할 것으로 예상되었다.[49]

2024년 앤드루 포레스트는 2030년까지 연간 1500만ton의 그린 수소를 생산하려던 계획을 연기하거나 취소했다.[50]

6. 4. 중국

2022년 중국은 3300만ton의 수소를 생산하며 세계 수소 시장을 이끌었으나, 이는 전 세계 생산량의 3분의 1에 해당하며 대부분 화석 연료를 사용하여 생산되었다.[54] 2021년을 기준으로, 여러 기업들이 향후 6년 동안 수소 연료 생산량을 50배 늘리기 위한 동맹을 결성하는 등 그린 수소 전환 노력을 보이고 있다.[55]

중국의 주요 석유화학 기업인 시노펙은 2025년까지 50만ton의 그린 수소를 생산하겠다는 목표를 세웠다.[56] 특히 풍력 에너지를 이용해 생산된 수소는 석탄 의존도가 높은 내몽골 자치구와 같은 지역에서 비용 효율적인 대안이 될 수 있을 것으로 기대된다.[57] 2022년 동계 올림픽 준비 과정에서는 '세계 최대 규모'로 알려진 수소 전해조가 가동되어 대회 차량에 연료를 공급했다. 이 전해조는 육상 풍력 발전을 통해 전력을 공급받았다.[58]

6. 5. 미국

2021년 11월에 법으로 제정된 연방 인프라 투자 및 일자리 법[83]은 그린 수소 관련 사업에 95억달러를 배정했다.[84] 같은 해 미국 에너지부(DOE)는 텍사스에서 수소 네트워크의 첫 시범 운영을 계획했다.[85] 에너지부는 과거 캘리포니아 수소 에너지 프로젝트를 시도한 경험이 있다. 텍사스는 미국 내 최대 수소 생산지이며 이미 수소 파이프라인 네트워크를 갖추고 있어, 미국의 그린 수소 프로젝트에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.[86] 한편, 2020년 SGH2 에너지 글로벌은 플라스마 가스화 기술을 이용해 로스앤젤레스 인근에서 플라스틱과 종이 폐기물로 그린 수소를 생산하겠다는 계획을 발표했다.[87]

주(State) 단위에서도 그린 수소 투자가 활발하다. 2021년 당시 뉴욕 주지사였던 앤드루 쿠오모는 그린 수소 연료 생산 시설 건설에 2.9억달러를 투자한다고 발표했다.[88] 뉴욕주는 트럭에 사용될 연료 전지 개발 계획과 수소를 기존 가스망에 혼합하는 연구도 지원했다.[89] 2022년 3월에는 아칸소, 루이지애나, 오클라호마 주지사가 주 경계를 넘어선 수소 에너지 허브 구축 계획을 공동으로 발표했다.[90] 호주의 에너지 기업인 우드사이드는 오클라호마주 아드모어에 그린 수소 생산 시설을 건설할 계획을 밝혔다.[91]

연방 차원의 지원은 2022년 인플레이션 감축법을 통해서도 이루어졌다. 이 법은 10년간의 생산 세액 공제를 마련했으며, 특히 그린 수소에 대해서는 킬로그램당 3USD의 보조금을 지급하는 내용을 포함한다.[92]

6. 6. 일본

2023년, 일본은 15년간 청정 수소 공급에 210억달러를 보조금으로 지원할 계획을 발표했다.[66]

6. 7. 기타 국가


브라질의 에너지 구조는 세계에서 가장 깨끗한 에너지 구조 중 하나로 평가받으며, 전문가들은 브라질의 그린 수소 생산 잠재력을 높이 평가한다. 브라질 연구에 따르면 바이오매스(전분, 하수 처리 공장 폐기물 등)를 가공하여 그린 수소로 전환할 수 있다(바이오에너지, 바이오수소, 생물학적 수소 생산 참조). 호주 기업 포테스큐 메탈스 그룹은 2022년 가동을 목표로 세아라주 페셈 항 근처에 그린 수소 공장 설치를 계획했다. 같은 해, 산타카타리나 연방 대학교는 독일 도이체 게젤샤프트 퓌어 인터내셔널레 협력(GIZ)과 H2V 생산 파트너십을 발표했다. 유니젤(Unigel)은 바이아주 카마사리에 그린 수소/그린 암모니아 공장을 건설하여 2023년 가동을 목표로 했다. 이 외에도 미나스제라이스주, 파라나주, 페르남부쿠주, 피아우이주, 리우데자네이루주, 히우그란데두노르치주, 히우그란데두술주, 상파울루주 등에서 관련 계획이 진행 중이다. 캄피나스 대학교와 뮌헨 공과대학교의 공동 연구는 대규모 수소 생산을 위한 풍력 및 태양광 발전 단지 필요 면적을 분석했는데, 현재 사탕수수 연료 재배 면적보다 훨씬 적은 토지가 필요할 것으로 예측했다. 해당 연구는 전해조 전력 요구량을 120 GW로 가정했다. 2023년 11월, 유럽 연합 집행위원회 위원장 우르줄라 폰 데어 라이엔은 피아우이주에서 10 GW 규모의 수소 및 암모니아 생산을 지원하고, 생산된 암모니아를 수출할 계획이라고 발표했다.
월드 에너지 GH2의 누지오코닉 프로젝트는 뉴펀들랜드 래브라도주 서부 해안에 3 GW 규모의 풍력 에너지를 활용하여 캐나다 최초의 상업용 그린 수소/암모니아 생산 시설 건설을 목표로 한다. '누지오코닉'은 프로젝트가 제안된 세인트 조지 만의 미크맥 이름이다. 이 프로젝트는 2022년 6월부터 뉴펀들랜드 래브라도 주 정부의 규제 지침에 따라 환경 평가를 받고 있다.[51]
칠레는 2050년까지 그린 수소를 포함한 청정 에너지만 사용하겠다는 목표를 세웠다. 유럽-라틴 아메리카 및 카리브 투자 시설은 1650만유로의 보조금을 제공했으며, 유럽 투자 은행(EIB)과 독일 부흥 은행(KfW)은 각각 최대 1억유로를 그린 수소 프로젝트 자금으로 제공할 예정이다.
이집트는 그린 수소 분야에서 국제 개발업체들과 7건의 양해각서를 체결하여 400억달러 규모의 그린 수소 및 재생 에너지 기술 투자를 유치할 기반을 마련했다. 수에즈 운하 경제 구역에 위치할 이 프로젝트들은 초기 시범 단계에서 약 120억달러, 이후 추가로 290억달러의 투자를 유치할 것으로 예상된다고 할라 헬미 엘-사이드 이집트 기획부 장관이 밝혔다.[59]
릴라이언스 인더스트리는 약 3 GW의 태양 에너지를 사용하여 연간 40만ton의 수소를 생산할 계획을 발표했다.[61] 아다니 그룹 창립자 가우탐 아다니는 세계 최대 재생 에너지 기업이 되어 가장 저렴한 수소를 생산하기 위해 700억달러를 투자할 계획이라고 밝혔다.[62] 인도 전력부는 2030년까지 총 500만ton의 그린 수소 생산을 목표로 한다고 발표했다.[63] 2022년 4월, 국영 기업인 Oil India Limited(OIL)는 아삼 동부 덜리아잔에 인도 최초의 99.99% 순수 그린 수소 파일럿 플랜트를 설립했다. 이는 "수소 생산, 저장 및 운송 비용 절감을 위한 연구 개발 노력"과 "다양한 분야에서 수소의 파일럿 규모 생산 및 사용을 위한 국가 준비" 목표의 일환이다.[64] 2024년 1월에는 연간 약 41.2만ton 규모의 그린 수소 생산 프로젝트가 선정되었으며, 2026년 말까지 생산 시작을 목표로 한다.[65]
모리타니는 두 개의 주요 그린 수소 프로젝트를 시작했다. NOUR 프로젝트는 Chariot 회사와 협력하여 2030년까지 10 GW 규모로 세계 최대 수소 프로젝트 중 하나가 되는 것을 목표로 한다.[67] AMAN 프로젝트는 호주 회사 CWP Renewables와 협력하여 12 GW의 풍력 발전과 18 GW의 태양광 발전을 통해 연간 170만ton의 그린 수소 또는 1000만ton의 그린 암모니아를 생산하여 현지 사용 및 수출을 목표로 한다.
나미비아는 독일의 지원을 받아 그린 수소 생산 프로젝트를 시작했다.[68] 100억달러 규모의 이 프로젝트는 총 7 GW 용량의 풍력 및 태양광 발전소 건설을 포함하며, 2030년까지 연간 200만ton의 그린 암모니아 및 수소 유도체 생산을 목표로 한다. 이를 통해 15,000개의 일자리가 창출될 것으로 예상되며, 그중 3,000개는 정규직이 될 것이다.[69]
여러 기업 연합이 오만에 300억달러 규모의 프로젝트를 발표했으며, 이는 세계 최대 규모의 수소 인프라 시설 중 하나가 될 예정이다. 공사는 2028년 시작 예정이며, 2038년까지 25 GW의 풍력 및 태양 에너지로 가동될 계획이다.[70]
2021년 4월, 포르투갈은 2023년까지 수소를 생산하는 최초의 태양광 발전소 건설 계획을 발표했다.[71] 리스본 기반 에너지 회사 갈프 에너지(Galp Energia)는 2025년까지 정유 공장에 전력을 공급할 전해조 건설 계획을 발표했다.[72]
2021년, 사우디 아라비아는 네옴(NEOM) 프로젝트의 일환으로 50억달러를 투자하여 그린 수소 기반 암모니아 플랜트를 건설하고 2025년 생산을 시작한다고 발표했다.[73]
싱가포르는 2026년 상반기 완공을 목표로 600 MW 규모의 수소 발전소 건설을 시작했다.[74]
2021년 2월, 30개 기업이 스페인에 수소 기지를 건설하는 선구적인 프로젝트를 발표했다. 이 프로젝트는 2020년대 말까지 93 GW의 태양광 발전과 67 GW의 전기 분해 능력을 공급하는 것을 목표로 했다.[75]
2021년, 엑스포 2020 두바이와의 협력을 통해 중동 및 북아프리카 지역 최초의 "산업 규모" 태양광 그린 수소 시설 시범 사업이 시작되었다.[76]
2017년 8월, 스코틀랜드 오크니의 EMEC는 오크니의 조력 에너지로 생산된 전기를 사용하여 수소 가스를 생산했는데, 이는 세계 최초 사례였다.[77] 2021년 3월에는 스코틀랜드의 해상 풍력을 활용하여 개조된 석유 및 가스 시추 시설을 "그린 수소 허브"로 만들어 지역 증류소에 연료를 공급하자는 제안이 나왔다.[78] 2021년 6월, 에퀴노르는 영국의 수소 생산량을 3배로 늘릴 계획을 발표했다.[79] 2022년 3월, 내셔널 그리드는 약 300가구에 가스를 공급하기 위해 200m 규모의 풍력 터빈으로 전해조에 전력을 공급하여 그린 수소를 그리드에 도입하는 프로젝트를 발표했다.[80] 2023년 12월, 영국 정부는 11개 개별 프로젝트를 지원하기 위해 20억파운드의 기금을 15년에 걸쳐 조성한다고 발표했다. 당시 에너지 장관 클레어 쿠티뉴는 첫 자금 배분 라운드를 HAR1으로 명명했다.[81] 바텐폴은 2025년에 애버딘 근처의 시험용 해상 풍력 발전 터빈에서 그린 수소를 생산할 계획이다.[82]
2023년 10월, 지멘스는 1 MW 전해조로 생산된 100% 그린 수소로 구동되는 산업용 터빈의 첫 테스트를 성공적으로 수행했다고 발표했다. 이 터빈은 가스 또는 가스와 수소 혼합물로도 작동 가능하다.[93]

7. 국제 협력

(내용 없음)

7. 1. 그린 수소 캐터펄트

2020년 12월, 국제 연합(UN)은 RMI 및 여러 기업과 협력하여 그린 수소 캐터펄트 이니셔티브를 시작했다.[96] 이 프로젝트의 주요 목표는 2026년까지 그린 수소의 생산 비용을 킬로그램당 2USD(메가와트시당 50USD 상당) 미만으로 낮추는 것이다.[96]

8. 규제 및 표준

가장 일반적으로[6], 그린 수소는 수전해를 통해 생산된 수소로 정의되며, 이때 재생 에너지 전기를 사용한다.[7][8]

정확한 정의는 때때로 다른 기준을 추가하기도 한다. 글로벌 그린 수소 표준은 그린 수소를 "100% 또는 거의 100% 재생 에너지로 물의 전기 분해를 통해 생산된 수소로, 온실가스 배출량이 거의 0에 가깝다"라고 정의한다.[9][10]

더 넓고 덜 사용되는[6] "그린 수소"의 정의는 비교적 낮은 배출량을 생성하고 다른 지속 가능성 기준을 충족하는 다양한 다른 방법을 통해 생산된 수소도 포함한다. 예를 들어, 이러한 생산 방법에는 원자력 에너지 또는 바이오매스 공급 원료가 포함될 수 있다.[6][11][12] 여러 국가 및 지역에서는 그린 수소 및 저탄소 수소에 대한 구체적인 정의와 기준을 마련하고 있으며, 이는 온실가스 배출량 감축 목표와 연계되는 경향이 있다.

8. 1. 유럽 연합 (EU)

유럽 연합(EU)에서는 비생물학적 원료로 생산되어 인증받은 '재생 가능' 수소에 대한 기준을 마련하고 있다. 이 기준에 따르면, '재생 가능' 수소는 대체하려는 화석 연료보다 온실가스 배출량을 최소 70% 줄여야 한다.[117] 이는 화석 연료를 원료로 사용하여 생산되는 '저탄소' 수소와는 구분된다.[118] 저탄소 수소의 경우, 인증을 받으려면 기존의 회색 수소 생산 방식에 비해 온실가스 배출량을 최소 70% 감축해야 한다.[118]

8. 2. 영국

영국에서는 '저탄소' 수소에 대한 단 하나의 표준이 제안되었다.[119] 이 표준은 온실가스 배출 강도 임계값을 20gCO2eq/MJ로 설정하고 있다.[119] 이 기준은 그린 수소 생산 방식인 재생 에너지 기반 물 전기분해로는 쉽게 충족될 수 있다. 하지만 이 임계값은 주로 블루 수소를 포함한 다른 '저탄소' 수소 생산을 허용하고 장려하는 수준으로 설정되었다는 평가가 있다.[120] 블루 수소는 탄소 포집 및 저장 기술이 추가된 회색 수소를 의미하는데, 현재까지 60%를 초과하는 탄소 포집률로 생산된 사례는 없다.[121] 영국 정부는 자국의 저탄소 수소 기준을 충족하기 위해서는 85%의 탄소 포집률이 필요할 것으로 추정했다.[122]

8. 3. 미국

미국에서는 그린 수소 생산에 대한 세금 공제 인센티브 계획이 있으며, 이는 생산된 '청정' 수소의 배출량 강도와 연계된다. 온실가스 강도가 낮을수록 더 높은 수준의 지원이 제공될 예정이다.[123]

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