‘수소 스마트 시티 계획’을 선포한 고베. 일본의 수소산업 전략은?

기획/특집 / 이기암 기자 / 2019-09-27 10:32:12
▲ 도심 내에서 수소 가스터빈을 이용한 대량발전은 일본이 세계에서 첫 번째로 시도했다. 사진은 가와사키중공업이 개발한 수소가스터빈 ⓒ가와사키중공업
 

<에너지 패러다임의 변화, '수소' 미래의 대체에너지가 될 것인가?>

 

기획취재 순서 

 

1. 에너지 패러다임의 변화, ‘수소’ 미래의 대체에너지가 될 것인가?
2. 토요타시의 친환경차량보급 정책, ‘사쿠라프로젝트’
3. ‘전기차 VS 수소전기차’ 앞으로 향방은 어떻게?
4. 액체수소 기반의 수소에너지 시대를 준비하고 있는 ‘MetaVista’
5. ‘수소 스마트 시티 계획’을 선포한 고베. 일본의 수소산업 전략은?
6. 수소사회로 한 걸음 더 다가서기 위한 과제


일본의 에너지기본계획


일본은 2020년까지 두 개의 목표를 설정하고 있다. 첫 번째는 수소 활용 스마트시티의 기술개발사업소와 소규모의 자가발전 도입이다. 이것은 1MW의 작은 소규모 자가발전 시스템인데, 2019년 4월에 수소연료 100% 연료발전에 성공, 세계최초로 공공시설에 공급하는데 성공했다. 일본의 기업들은 기술개발을 하고 각 시에서는 수소 산업을 지원하는 것이 목표다. 정부 차원에서는 금융을 지원하고 있고, 각 시에서는 부지제공 등 행정적인 지원을 하고 있다. 또 일본은 2018년 7월, 제5차 에너지기본계획에서 2050년까지 온실가스의 80% 감축을 목표로 에너지전환과 탈탄소화를 꾀하고 있다. 2030년까지 고효율 화력발전을 활용해 화석연료 자주개발을 추진하고, 원자력의 안정성 향상 및 재가동과 수소·축전·분산형 에너지 체제 구축을 추진하고 있다. 또 2050년까지는 재생가능에너지에 대해 경제적으로 자립해 탈탄소화 할 수 있는 시책을 마련하고 화석연료는 가스이용으로 변환하며 차세대재생에너지와 EV 등 분산형에너지개발에 역점을 두고 있다. 일본은 2014년부터 국가에너지 기본 계획에 수소 사회의 실현을 명문화했고, 2017년 말에 2050까지 수소 전략 방향을 제시한 중장기 로드맵을 수립함과 동시에 일본 정부와 기업들이 유기적으로 공조하여 수소 충전소 및 인프라 구축을 위해 지속적으로 규제 완화 및 지원을 강화하고 있다.

고베시의 수소 스마트 시티 구상

고베시 관계자에 따르면, 고베지역은 온난한 지역이라 태양광발전에는 적합하지만 반대로 바람이 적어서 풍력발전에는 적합하지 않은 지역이라고 한다. 파리기후협약과 에너지정책 패러다임의 전환의 시대에 화력발전소를 추가로 세울 수도 없는 노릇이다. 이런 지역적 특성 때문일까? 고베시는 2030년까지 온실가스 배출량을 2013년 대비 34% 삭감하는 것을 목표로 하고 에너지효율도 향상시킬 수 있는 ‘수소 스마트시티 고베 계획’을 선포했다. 수소 스마트시티 고베 계획은 수소와 천연가스를 사용해 1MW급 가스터빈 수소CGS 기술 실증과 통합형 EMS(Energy Management System)를 구축, 수소 가스터빈을 이용해 인근 공공시설에 전기 및 열에너지를 공급하는 사업이다. 이 사업을 실시하기 위해 가와사키중공업 수소체인개발센터는 오오바야시구미 등과 고베시 포트아일랜드에 수소발전소를 건립했다. 앞서 설명했듯이 일본은 2018년 4월 고베시내에서 세계 최초로 수소 100% 연료발전에 성공했으며 여기에서 발전시킨 전력과 열을 인근 스포츠센터, 국제전시장, 하수처리장, 공공병원 등에 공급할 수 있게 됐다. 이를 CGS(코 제너레이션 시스템: 전기와 열을 동시에 발생시키는 발전공급 시스템)라고 하는데 스포츠센터에서는 주로 사우나 물을 데우는데 사용하고 병원에서는 보통 소독하는데 사용한다고 한다. 매일 같은 양을 사용하는 것이 아니기 때문에 물류시스템센터에서 사용량을 매일 데이터화 하고 있다. 고베시 기획조정국 산학협력연구소 관계자는 “지구 온난화 대책의 차세대 에너지로 수소 에너지를 착안하고 있는 ’수소 스마트 시티 고베 구상‘을 주요 사업으로 하고 있다”고 밝혔다. 이 구상은 가까운 곳에서부터 수소의 활용을 확대하고 가정용 연료 전지(에네 팜)나 연료 전지 자동차(FCV)보급 촉진에 노력하며, FCV에 필수적인 상용 수소 스테이션의 유치에 임한 결과 일본 내 최초로 수소 스테이션을 운영하게 됐다. 이는 미래를 내다본 대규모 수소 이용의 선구가 될 수 있는 것으로 저가의 안정적인 수소를 대량으로 공급하는 국제적인 수소의 물류 체인을 구축하는 실증 사업이기도 하다. 이처럼 고베시에서는 안정적인 수소를 저가로 대량 공급하는 국제적인 수소의 물류 체인을 구축하는 실증 사업이 이뤄지고 있는 중이다. 고베시는 수소발전시스템에서 전기와 열을 공급하는 실증 사업을 할 수 있었던 것은 인근 주민들에게 ‘수소의 안정성’에 대한 꾸준한 홍보활동의 성과라고 보고 있다. 고베시 관계자는 “기업이 개발한 기술을 사회에 구현하려면 수요와 공급을 일체적으로 확대해야 하며, 이에 지자체는 어떤 지원을 어떻게 해야 할지 아직도 많은 고민을 하고 있다”고 전했다.
 

▲ 일본은 2019년 4월에 수소연료 100% 연료발전에 성공, 세계최초로 공공시설에 공급하는데 성공했다. 사진은 고베시 포트아일랜드의 수소 CGS 실증현장 ⓒ가와사키중공업


일본의 가정용 연료전지 ‘에네팜’
 

일본의 관서지역의 오사카가스에서 보급을 담당하고 있는 일본의 가정용 연료전지 ‘에네팜’은 아직은 가격이 높아 각 가정에서 사용하기는 부담이 크다. 이에 고베시에서는 정부의 지원금을 받아 연간 1000대분의 예산을 확보하는데, 매년 그 예산을 다 사용할 정도로 시민들의 ‘에네팜’ 이용이 증가하고 있다고 한다. ‘에네팜’의 보급대수는 일본국내에서는 약 25만7000대(2018년 3월까지), 고베 시내에서는 약 8500대(2019년 3월까지)정도다. 1995년 고베에서 발생한 한신아와지 대지진의 경험으로부터 고베시민들 사이에는 ‘에너지를 소중하게 사용하자’라는 에너지절약 의식이 정착돼 있다. 이 때문에 ‘에네팜’의 도입이 일본의 그 어느 도시보다 앞서있는 것이라고 고베시 관계자는 말하고 있다.(일본 전역에서 ‘에네팜’의 보급률이 2위가 고베시라고 한다. 큰 도시와 비교해 ‘에네팜’보급률이 높다는 사실에 고베시는 자부심을 느낀다고 한다)

호주갈탄을 이용한 일본의 액화수소 운반계획

가와사키중공업은 이와타니산업, 마루베니 등과 연계해 액화수소 해상수송 관련 실증실험을 2020년도부터 시작하며, 호주에서 채굴한 품질이 낮고 저렴한 석탄인 갈탄에서 수소를 정제한 후 현지에서 액화시켜 전용선으로 고베까지 운반할 계획이다. 정제 시에 나온 이산화탄소는 향후 호주 앞바다 해저에 저류(貯留) 계획이다. 가와사키 중공업 고베공장과 하리마공장에서는 섭씨 –253℃에서 액화시킨 수소를 운반하는 전용선을 개발 중이다. 이 전용선은 올해안으로 고베시에 배를 정박시킬 예정이며, 고베공항섬에서 저장과 출하를 위한 실증실험 정비도 추진하게 된다. 이에 발맞춰 고베시는 액화수소를 활용할 수 있는 마을조성을 행적적 차원에서 검토하고 있다. 또한 가와사키중공업 등은 2019년도에 연소효율을 올리기 위해 물을 사용하지 않고 질소산화물을 저감시키는 기술 개발에도 착수하고 있다. 이밖에 일본정부는 2030년에 일본 내에서 대규모 수소발전소를 실용화시킨다는 목표를 내걸고 연구중이며, 현재 높은 발전비용은 2030년에는 1kw/h당 약 13엔 정도인 천연가스와 비슷한 수준이 될 것으로 전망되고 있다. ㈜메타비스타 이희주 박사는 “실제 이와 같은 일본의 정책과 프로그램을 피부로 직접 느끼며, 그 후폭풍이 얼마나 클지 생각하면 무섭다”고 말한다. 이 박사는 “일본은 이러한 프로젝트를 11년 전부터 준비를 해왔고, 지금 수출규제 문제가 터져 나오듯이 언젠가는 에너지를 사고 파는 세상이 될 텐데 그 중 가장 적합한 것이 수소일 것”이라며 “향후 일본은 액체수소나 LOHC(유기화합물형태의 수소)형태로 수소를 만들어 초대형 운송선을 통해 무역을 하는 것도 가능할 것”이라고 우려했다. 또 이 박사는 “일본 NEDO의 2025년 그린시티 계획을 살펴보면, 일본은 수소시장에서의 독자권을 가지려고 준비한다고 볼 수 있고 장기적으로는 수소 무역시장을 창출하겠다(현재 LNG무역시장과 같이)는 의지를 강력하게 내포하고 있다”고 설명했다. 즉, 수소에너지에 대한 독자적인 파워를 확보하겠다는 것이다.
 

▲ 가와사키 중공업 고베공장과 하리마공장에서는 섭씨 –253℃에서 액화시킨 수소를 운반하는 전용선을 개발 중이다. 이 전용선은 올해안으로 고베시에 배를 정박시킬 예정이며, 고베공항섬에서 저장과 출하를 위한 실증실험 정비도 추진하게 된다. ⓒHySTAR

국내 각 지자체의 수소산업 육성계획 


(1) LNG인수기지를 통한 수소클러스터 조성이 필요한 경남

경남은 단순 가공의 제조부문 산업 집중으로 새로운 미래 고부가가치 산업 발굴이 절실하다. 경남의 수소산업 현황은 327개의 기업체(전국대비 10.1%), 1만5019명의 종사자(전국대비 14.4%), 매출액은 7조1313억 원이다. 주요 수소기업으로는 충전소분야에 광신기계공업(주), 이엠솔루션, ㈜효성이 있으며, 수소연료전지 분야에도 ㈜두산중공업, ㈜범한산업 등이 있다. 경남의 계획은 2022년까지 청정 모빌리티 6000대 보급, 수소충전소 17개소 구축이 목표다. 고성과 통영에는 P2G기반 수소생산기지 구축을 통해 수소와 가스를 혼합발전할 계획이며, 거제는 수소선박 산업을 추진해 수소연료전지 선박 핵심기술개발을 하고 수소연료전지 선박 실증사업을 할 예정이다. 또 항공산업 특화단지인 진주에는 수소 드론용 초경량 소재를 개발하고, 항공용 연료전지 기술개발도 이뤄나갈 계획이다. 경남의 강점은 국내 최고 수준의 기계산업 기술력과 완성차 차량부품 기업 등의 높은 산업집적도를 들 수 있다. 이에 세계적 수준의 기계산업 인프라를 바탕으로 정부지원사업을 확보해 수소관련 부품시장을 육성한다는 계획이다. 경남은 특히 향후에 통영의 LNG인수기지를 통해 수소를 추출하고, 수소클러스터를 조성할 계획도 가지고 있다. 김승철 경남TP 정책기획단 팀장은 “2026년까지 고성의 삼천소화력발전소 6기가 폐지되고, 통영의 성동조선도 단계적으로 매각이 될 수 있는 상황을 극복하기 위해서는 통영의 LNG인수기지를 통한 에너지발전단지가 필요하다”며 “이에 경남은 이런 위기지역들을 하나의 수소에너지융복합단지 클러스터로 육성할 계획이고, 수소클러스터 조성 후에는 배관을 통한 수소이송도 생각하고 있다”고 말했다.

(2) 수소가스 실시간 보급라인 구축이 목표인 창원

수소산업의 전후방 산업인 기계산업 국내 최고 집적지인 창원은 수소산업 전주기 분야에서 국내 최다 업체가 분포해 있다. 또한 창원은 수소충전소 관련 인프라 구축 경험을 보유한 기업의 주요 거점 지역이기도 하다. 전국 수소충전소 17개중 16개의 충전소를 효성, 이엠솔루션, 광신기계공업 등 창원에 위치한 업체에서 제작했다. 창원은 2019년 6월 기준 350대의 수소자동차가 운영중이며, 수소버스 시내버스 정규노선 시범도시로 선정되기도 했다. 2030년까지 2만5000대의 수소차를 보급할 계획이며, 2019년 5개소인 수소충전소는 2025년까지 15개소로 늘릴 예정이다. 또한 팔룡, 죽곡, 덕동과 해당 사업지에 튜브트레일러(200기압, 300kg의 저장능력)를 각 1대씩 배치해 총 저장능력을 1.5톤으로 확보할 예정이다. 또 수소충전소 국산화 지원을 통해 2030년까지 100% 충전소 국산화가 목표며, 덕동-팔룡-성주-죽곡에 이르는 수소배관 설치(총 사업비 500억원)로 수소가스 실시간 보급라인을 구축해 물류비를 절감한다는 계획도 가지고 있다. 또한 창원의 수소산업육성계획 2030비전에는 600MW급 분산형 연료전지 발전소를 구축(3~100MW급 연료전지발전소 약 10개소)하며, 수소연료전지 생산기지는 ‘500MW/년 연료전지’ 생산단지 구축 및 기업유치를 목표로 하고 있다.

(3) 화력발전으로 인한 환경문제 해결이 시급한 충남

충남은 화력발전 밀집으로 인한 환경문제를 해결하기 위해 수소경제 육성 필요성을 들고 있다. 충남은 대기환경 오염문제가 매우 심각하며, 국내 가동중인 화력발전소 60개소 중 50%이 30개소가 도내에 위치하고 있다. 이로 인해 배출되는 대기오염물질 배출양은 전국 배출양의 52%에 이를 정도다. 또한 충남의 주력산업은 2011년 이후 마이너스 성장세이며, 저성장 국면에 접어들어 대안 마련이 필요한 입장이다. 충남의 강점은 자동차부품산업 집적지로 수소전기차 부품 산업 육성을 위한 기반이 우수하고, 국가교통의 중심이자 수도권 인접지역으로 국가 수소경제 확산의 요충지기도 하다. 미래형 자동차부품산업 환경 변화에 선제적으로 대응하기 위한 FCEV 산업기반 구축 및 부품기술개발, 부품차량 실증을 내용으로 하는 충남 수소연료전지자동차 육성 사업은 2017년~2021년까지 708억 원의 사업예산을 들여 추진중에 있다. 충남은 석유화학 및 철강 등 부생수소 생산 산업을 보유하고 있고, 대규모 수소생산·공급 거점화가 가능하다. 하지만 부생수소 이외 대규모 수소생산설비가 미비하며 수소에너지 관련 지원 인프라가 미흡한 실정이다. 이에 충남은 수도권 수소공급의 거점화 전략으로 대산·당진 부생수소 공급거점 기반을 확충하고, LNG 5기지를 활용해 천연가스 개질 수소생산 설비를 구축하며 수소운송기반 확보를 통한 수소운송비용 저감을 꾀하고 있다. 

 

(4) 친환경자동차 선도도시 비전을 앞세운 광주

5대 신산업(가전, 자동차, 에너지 등)에 집중 투자하고 있는 광주는 친환경자동차 선도도시조성이라는 비전아래 친환경자동차 부품기업 육성 및 유치와 광주형일자리 고용기반 구축을 목표로 하고 있다. 먼저 친환경자동차 전용 국가산단을 조성하고, 전기자동차 및 수소전기자동차 관련 산업 생태계 조성으로 친환경자동차 산업을 선도할 계획이다. 광주형일자리를 통한 기업하기 좋은 환경을 만들어 자동차부품산업 육성, 기존 완성차 증산 및 신규 완성차(EV,FCEV)와 전장부품기업 유치를 추진방향으로 삼았다. 광주의 수소산업 중장기 목표는 2024년까지 △25개사의 수소관련 업체유치 △1만개 일자리창출 △수소차보급 1만대와 충전소보급 20기이다.


(5) 방치된 삼척원전부지 활용계획의 강원

강원도는 방치된 부지(삼척원전)로 인해 지역발전 동력을 잃고 있으며 지역환경 훼손에 따른 주거환경, 경관피해 등을 입고 있다. 강원도는 원전부지 활용 조성계획으로 2019~2025년까지 강원도와 삼척시, 발저공기업, ICT 및 건설기업 등이 주관해 1조 7011억 원의 사업비를 들여 수소기반 에너지거점도시를 만든다는 계획이다. 먼저 LNG기지를 활용해 수소생산단지 조성과 재생에너지 연계 수전해 수소생산 P2G단지를 조성한다. 또 액체수소를 생산하고 수소어선, 액체수소드론 등 액체수소 활용처를 발굴해 나갈 방침이다. 이밖에 신산업과 일자리 창출이 지속 가능한 수소경제도시 조성을 목표로 수소타운, 5G액체수소 드론산업, CO2농장, ICT산업 등을 구상하고 있다. 

 

▲ 지난 9월 4~6일에 열린 2019 창원국제수소에너지포럼에서 심민령 울산광역시 에너지산업과 과장이 ‘2030 울산 수소도시 육성계획’에 대해 설명하고 있다. ⓒ이기암 기자

 


우수한 수소인프라를 가진 울산의 수소산업 육성계획은?

울산은 우수한 수소 인프라와 전후방 산업간 연계 활성화를 위한 수소밸리 조성으로 대한민국 수소경제를 선도하고 있다. 울산은 수소산업 육성 10대 프로젝트로 △울산 수소 융복합밸리 조성 △수소전기차 생산기반 구축 △수소 전기차 보급 확대 △수소 제조·저장능력 확대 △수소공급망 및 충전인프라 구축 △수소전문기업 및 소재부품산업 육성 등을 내세우고 있다. 특히 수소의 생산, 수소차 제조 등 연관기업 유치와 R&D 선도형 연구지원단지 조성을 통해 수소생태계를 구축하려고 노력중이다. 또한 울산시는 기존 자동차 기업들의 단계적 업종 전환 등을 지원하며, 수소전문기업 소재부품산업을 육성하기 위해 200개 기업유치와 100개 기업 육성도 목표하고 있다. 수소 전기차 생산라인을 2020년 1만1000대, 2022년 4만대, 2030년에는 50만대까지 단계적으로 확대해 국내 자동차 및 부품산업 경쟁력을 제고하고 수소의 생산-저장-수송-활용의 전주기 연관 산업 동방성장을 기대하고 있다. 수소전기차는 2022년 7000대, 2030년에 6만7000대 보급과 수소충전소는 2022년까지 13개소, 2030년에는 60개소를 목표로 하고 있다. 또한 수소배관망은 2022년에 160km, 2030년까지 200km까지 확장할 계획으로 울산시는 국내에서는 최초로(일본, 미국에 이어 세계 세 번째) 수소공급배관을 통해 충전소에 수소를 직접 공급하는 방식의 ‘ICT기반 충전소용 수소 공급배관’을 설치하게 된다. 김기철 ㈜덕양 사장은 지난 8월 울산시청에서 열린 ‘배관에 의한 수소충전소 수소공급 및 안전관리 강화 사업 업무협약식’에서 “튜브트레일러로 수소를 공급하는 것은 높은 물류비용에 따라 경제성이 떨어지는데 반해 배관 사용 수소충전소는 물류비용이 획기적으로 감소하고 1일 130대 충전이 가능해 수소충전소 2.5개소 증설효과를 기대할 수 있다”고 설명했다. 또 김 사장은 “배관이 설치되면 수소 충전차량(튜브트레일러)의 시내 진입이 사라지므로 사고유발 요인 감소하고, 배관의 ICT안전관리 도입으로 가스누출이나 외부항타 등 수소배관 위해요인을 사전에 차단함으로써 안정성도 담보할 수 있다”고 덧붙였다.

 

※이 기사는 지역신문발전기금을 지원받았습니다.

 


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