[36th, 에너지가 미래다] ‘수소경제’ 다시 달린다···선진국과 기술격차 좁혀라

▲현대자동차가 2018년 국내 첫 수소차 넥쏘를 출시한 이후 8년 만인 올해 신형을 내놓았다.

수소산업이 재도약을 준비하고 있다. 수소차, 충전소, 연료전지 보급은 전 세계 1위를 달리고 있으나 추가 성장이 더딘 상황이다.

아직 기술 수준은 선진국에 밀리고 일부 사업에서는 국산화율이 저조한 상태다. 세계 주요 국가들은 청정수소 확대를 위해 투자와 지원을 아끼지 않고 있다.

이에 업계에서는 수소경제가 탄소중립 이행을 위한 필수조건으로 꼽히는 만큼 규제개선 및 세금, 금융지원 등을 통해 산업 진흥을 지원해야 한다고 강조한다.

26일 수소경제 종합정보포털에 따르면 우리나라는 주요 국 가운데 수소경제에서 가장 앞서 있는 편이다. 올해 4월 기준 상업용 충전소는 408기, 수소차 보급대수는 3만7557대, 수소 전문기업은 110개이다. 모두 세계 1위 수준이다.

2023년 기준 수소연료전지 보급용량은 1036MW이며, 수소 생산량은 248만4437톤이다. 수소배관은 석유화학이 발달한 울산, 충남, 전남을 중심으로 2023년 기준 22만7255m가 구축됐다. 다만 서울, 충북, 경북은 전혀 구축되지 않았다.

우리나라 수소경제는 문재인 정부에서 시작됐으나, 이후 윤석열 정부에서 지원규모가 축소되면서 활성화되지 못했다. 조기 대선으로 정권교체 가능성이 높아지면서 수소경제가 다시 활력을 띨 수 있을 것이라는 기대가 높아지고 있다. 다만 이를 위해선 주요 기기의 기술확보 및 국산화율이 필요하다는 지적이 나오고 있다.

수소연합의 국내 수소산업 현황 보고서에 따르면 수소의 주요 산업 분야별 기술력을 분석한 결과, 한국의 기술수준은 수소제조분야는 미국의 80%, 수소저장은 미국·유럽연합(EU)의 77.5%, 연료전지는 미국·일본의 90% 수준으로 나타났다. 기술격차는 각각 3년, 5년, 2년 정도 뒤처져 있다.

▲주요 산업 분야별 기술력 분석. (단위: %, 달러) 자료- 한국수소연합요 산업 분야별 기술력 분석. (단위: %, 달러) 자료- 한국수소연합

수소경제의 꽃이라 불리는 물을 전기분해해 수소와 산소를 생산하는 수전해 기술의 기술 수준은 선진국 대비 70%며 국산화율은 70%다. 시장전망은 2030년 300억달러 이상으로 추정된다.

국내 중소기업에서 1MW급 수전해 시스템을 상용화했으나 해외 선도기업 대비 성능 및 생산능력은 취약하다는 평가가 나오고 있다. 최근 주요 국내 대기업이 자체개발 및 해외기업과의 제휴 등을 통해 수전해 산업에 신규 진출을 추진 중이다.

LG는 대면적 알칼라인 수전해 전극을 개발하고 한화는 음이온교환막 수전해 시스템을 개발했다.

핵심 소재·부품은 해외 의존 중이나, 연관산업 역량(화학 등), 수전해와 유사한 연료전지 제조역량 등을 감안시 글로벌 선도기업을 추적하는 게 가능해 보인다. 다만, 수전해 관련 규제가 연구개발(R&D) 및 사업화 단계에서 장애요인으로 꼽힌다.

▲코하이젠·회천농협 수소충전소에서 양주시 수소 버스가 시범 충전을 진행하고 있다. 환경부

수소충전소 기술수준은 액체는 50%, 기체는 90%이며 국산화율은 액체 20%, 기체 50%로 분석된다. 시장전망은 2030년 100억달러 이상이다.

기체충전소는 국내 기업이 압축기, 충전기 등 주요 설비를 국산화했으나, 액체충전소 핵심 부품은 대부분을 해외에서 수입하고 있다.

수소운반차량 기술수준은 액체는 60%, 기체는 90% 정도이고 국산화는 액체 20%, 기체 90%이다. 시장전망은 2030년 10억달러 이상이다.

기체수소는 국내 기업이 지난 2021년 450bar 저장탱크 개발 상용화를 준비 중이며, 3톤급 액체수소 탱크 트레일러도 개발 중이다.

장거리·대용량 운송에 적합한 액체수소 탱크로리는 해외 기업이 먼저 상용화했고 국내는 아직 개발 단계로 산업기반이 취약하다. 산업기반 강화를 위해 고압기체수소 저장용기의 탄소섬유 와인딩 장비와 액체수소용 초저온 고압 밸브 및 실링 소재 국내 개발이 추진되고 있다.

액체수소 운송선의 기술 수준은 30%이고 국산화율은 0%다. 시장전망은 2030년 10억달러 이상으로 예상된다.

국내 업계는 오는 2029년 수소 3000톤급 시범선 출시 목표로 설계 중이다. 국내 조선업계는 액화천연가스(LNG) 운반선 제작역량 등의 기반 역량은 충분하나, 극저온 대용량 원심펌프, 밸브 등 핵심 부품 국산화율 향상이 필요한 상황이다. 또한, 액체수소 출하·하역장 등 관련 인프라 구축 병행이 추진되고 있다.

모빌리티용 연료전지의 기술수준은 90%, 국산화율은 95%로 높은 수준이다. 시장전망은 2030년 300억달러 이상이다.

현대차에서 지난 2018년 넥쏘를 출시하면서 국산화율 95%를 달성했고, 트럭·버스·건설기계 등 상용차로 활용처를 확대하고 있다.

발전용 연료전지의 기술수준은 95%, 국산화율은 90%를 달성 중이다. 시장전망은 2030년 100억달러 이상으로 전망된다.

연료전지는 국내 기업이 해외 원천기술 기업을 인수하거나 기술제휴를 통해 제품을 생산 중이며, 일부 모델은 국내 소재, 부품, 장비 공급망을 구축했다.

변기기, 시스템은 국산화율이 높으나, 셀·스택 등 핵심 부품과 셀 내부의 소재·부품은 기술격차로 여전히 해외 수입에 의존하고 있다. 고부가가치 품목의 해외 수입 비중 절감 및 국내 생산공정의 효율 개선으로 제품 가격경쟁력 확보 및 신규 분산전원 수요 창출이 가능해보인다.

성능 및 내구도의 핵심인 셀·스택 원천기술을 확보하고, 범용 핵심 소재 및 공정 불량률 저감 기술개발로 가격경쟁력 제고를 추진할 필요가 있다.

수소터빈의 기술수준은 80%이고 국산화율은 90%이다. 시장전망은 2030년 300억달러 이상으로 추정된다.

기존 LNG 복합화력 발전기술을 기반으로 두산, 한화 등 대기업이 LNG-수소 혼소 및 수소 100% 전소 발전 기술을 개발 중이다.

▲주요국 청정수소 공급 목표 및 지원제도. 한국수소연합

수소연합은 전박적인 수소산업에 대해 신규 시장 선점을 위한 기업 간 경쟁 및 전략적 제휴에 신속하게 대응해야 한다고 강조한다.

특히 원천기술 확보 및 신속한 상용화를 위한 기업 간의 경쟁과 연관 기업 간 전략적 협력이 점차 심화되는 추세다. 정부 R&D 성과가 미진한 가운데 우리 기업의 자체 기술개발뿐만 아니라 해외 기업과의 공동 R&D, 기술제휴 지원제도 보완도 중요하다는 것이다.

최근 5년 평균으로 보면 수소·연료전지 R&D 성공률은 84.4%이며, 사업화율은 37.7% 수준이다.

해외 주요국은 탄소중립 및 미래 성장동력 창출을 위해 수소산업 육성을 적극 추진 중이며, 이에 맞춰 민간 투자도 지속 확대하는 추세다.

또한, 에너지 안보 확보를 위해 미래 에너지원인 청정수소의 글로벌 시장 선점을 추진 중이다. 다만, 청정수소는 아직 화석연료 대비 경제성 확보가 필요한 상황으로 미국·EU·일본 등 주요국들은 대규모 지원정책을 수립하는 중이다.

우리나라도 수소차 구매 보조금, 액화수소 발전 실증, 수소도시 조성 등 개별사업 예산은 운용하고 있다.

하지만 '수소법'을 기반으로 한 전기요금 정산 중심의 지원은 발전분야에 국한됐으며, 시장 확대를 견인할 수 있는 통합적·전주기형 보조금 체계는 아직 미흡하다는 지적을 받고 있다.

수소연합은 규제개선, 세금·금융지원, 현장애로 발굴 등을 통해 수소산업을 육성해야 한다고 강조했다.

업계는 규제개선 협의체 운영을 통해 총 34건의 과제를 발굴해 12건은 정부에 개선 제안하고 지난해 12월까지 총 7건을 개선 완료했다. 2건은 현재 검토 중이다.

가스안전공사는 개발 중인 수소 제품은 제조시설 검사 없이 제품검사만 실시하는 등 연구용역을 통한 신속 검사체계의 도입을 검토 중이다. 수소산업 규제혁신 민·관 협의체에는 '소부장 작업반'을 신설, 소부장 관련 규제의 상시 접수 및 즉각 개선을 추진 중이다.

액체수소, 대용량 수소배관 등 안전기준이 아직 없는 신분야에서 합리적인 안전기준을 조속히 마련해 제품 개발 및 상용화를 지원할 필요성이 제기된다.

이원희 기자 wonhee4544@ekn.kr