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탈탄소화

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나야, 수소 👀 수소? 너 누군데?ㅣ탄소중립에서 빠질 수 없는 키워드, 수소! 지속가능한 미래를 향한 열쇠 🔑ㅣ 2024 녹색기술 리포트

수소는 전 세계가 기후 위기에 대응하기 위해 주목하는 핵심 에너지원입니다. 한국을 포함한 42개국이 참여하는 기후 클럽은 산업 부문의 탈탄소화를 가속화하기 위해 수소의 역할을 매우 중요하게 평가하며 적극적인 활용을 권장하고 있습니다. 수소는 철강이나 시멘트와 같은 제조 산업뿐만 아니라 차량, 선박, 항공기 등 운송 부문에서도 탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있는 대안으로 꼽힙니다. 또한 수소 발전소를 통한 전력 생산 등 에너지 전반에 걸쳐 그 활용 범위를 넓혀가고 있으며, 지속 가능한 미래를 위한 필수적인 기술로 자리매김하고 있습니다. 미국과 일본 등 주요 선진국들은 수소 기술을 국가 에너지 전략의 핵심으로 채택하여 적극적인 투자를 이어가고 있습니다. 미국은 2023년 발표한 청정 수소 전략 로드맵을 통해 2030년까지 대규모 생산 체계를 구축하고 수소 가격을 1kg당 1달러 수준으로 낮추겠다는 구체적인 목표를 수립했습니다. 일본 역시 수소 사회 실현을 앞당기기 위해 수전해 장치 도입과 저탄소 수소 공급망 구축에 박차를 가하고 있습니다. 이러한 글로벌 움직임은 수소 경제가 단순한 환경 보호 차원을 넘어, 미래 국가 경쟁력을 결정짓는 핵심 지표가 되었음을 시사합니다. 우리나라도 2050년 탄소중립 달성을 위해 수소를 10대 핵심 기술 중 하나로 선정하고 관련 인프라와 산업 생태계 강화에 힘쓰고 있습니다. 비록 수소 제조 및 저장 분야에서는 선진국과 수년 정도의 기술 격차가 존재하는 것이 사실이지만, 연료전지 분야에서는 세계적인 수준의 기술력을 보유하며 꾸준한 성장세를 기록하고 있습니다. 국가녹색기술연구소의 분석처럼 수소 수입 의존도를 낮추고 국제적인 기술 협력을 강화한다면, 우리나라도 머지않아 수소 기술 주권을 확보하고 글로벌 수소 경제를 선도하는 주역으로 도약할 수 있을 것입니다.

나야, 수소 👀 수소? 너 누군데?ㅣ탄소중립에서 빠질 수 없는 키워드, 수소! 지속가능한 미래를 향한 열쇠 🔑ㅣ 2024 녹색기술 리포트
국가녹색기술연구소2024 녹색기술 리포트🗒️
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수소 기술: 탄소 중립 사회로의 전환 - Detlef Stolten / Director, IEK-3, Juelich Research Center 【2021 글로벌 기계기술 포럼】

최근 지구 곳곳에서 발생하는 기록적인 폭우와 산불은 기후 변화가 인류의 생존을 위협하는 시급한 과제임을 보여줍니다. IPCC 시나리오에 따르면 지구 온도 상승폭을 제한하기 위해 2060년경부터는 반드시 마이너스 배출로 전환해야 하며, 이를 방치할 경우 온난화는 통제 불능 상태에 빠지게 됩니다. 특히 이산화탄소와 더불어 강력한 온실가스인 메탄 배출을 신속하게 줄이는 것이 관건입니다. 기상 이변으로 인한 피해 복구 비용이 천문학적으로 치솟고 있는 지금, 우리는 더 늦기 전에 에너지 인프라의 근본적인 대전환을 시작해야만 합니다. 수소는 화석 연료를 대체하고 탄소 중립을 달성할 수 있는 가장 현실적이고 효율적인 대안으로 꼽힙니다. 수소는 단순히 에너지원으로 쓰일 뿐만 아니라 암모니아, 메탄올, 합성 천연가스 생산을 위한 기초 원료로 활용되어 화학 산업의 탈탄소화를 이끄는 핵심 동력이 됩니다. 특히 공정 과정에서 불가피하게 발생하는 이산화탄소를 포집하고 이를 수소 기반 기술과 결합함으로써 산업 전반의 배출량을 획기적으로 낮출 수 있습니다. 수소 기술은 기존의 가스 인프라를 활용하면서도 깨끗한 에너지 환경을 조성하는 가교 역할을 수행하게 될 것입니다. 독일 연구진은 에너지 시스템 전환의 최적 경로를 찾기 위해 'ETHOS'라는 고도의 시뮬레이션 모델을 개발했습니다. 이 모델은 전력망, 건물, 산업, 운송 등 농업을 제외한 모든 부문의 데이터를 시간 단위로 분석하여 최저 비용으로 탄소 감축 목표를 달성하는 조합을 제안합니다. 예를 들어 태양광 발전 비용이 하락하면 시스템은 자동으로 더 많은 태양광 설비를 배치하고, 이에 연결된 다른 에너지원들과의 경쟁을 통해 전체 비용을 최적화합니다. 이러한 과학적 접근은 특정 국가나 지역의 특성에 맞춰 가장 경제적인 에너지 전환 로드맵을 설계하는 데 필수적인 도구가 됩니다. 성공적인 수소 경제를 구축하기 위해서는 수전해 설비, 저장 파이프라인, 대규모 액화 시설 등 핵심 자산에 대한 체계적인 투자가 필요합니다. 연구 결과에 따르면 기존의 천연가스 파이프라인을 수소용으로 재배치하여 사용하는 것이 새로운 관로를 건설하는 것보다 훨씬 경제적입니다. 또한 수소는 기체 상태뿐만 아니라 액체 형태로 선박이나 트레일러를 통해 운송될 수 있어 원거리 공급망 구축에도 유리합니다. 기술 발전과 시장 확대에 따라 수전해 설비 가격이 하락하고 대량 생산 체계가 갖춰지면 수소 공급 가격은 점차 낮아져 산업 전반의 경쟁력을 확보하게 될 것입니다. 글로벌 시장에서 수소의 공급 잠재력은 매우 거대하며 경제적 가치 또한 높습니다. 모로코, 알제리, 사우디아라비아와 같이 일사량이 풍부한 국가들은 태양광 발전을 통해 자국의 수요를 뛰어넘는 수백만 톤의 수소를 저렴하게 생산할 수 있는 잠재력을 보유하고 있습니다. 이들 국가에서 생산된 청정 수소는 국제적인 교역망을 통해 유럽 등 에너지 수요국으로 수송되어 전 세계적인 탈탄소화를 가속화할 것입니다. 재생 에너지 가격이 지속적으로 하락함에 따라 수소 수입은 에너지 안보를 강화하고 화석 연료 의존도를 낮추는 전략적인 선택지가 될 전망입니다. 2045년까지 탄소 중립을 달성하기 위해 필요한 비용은 막대한 금액처럼 보일 수 있지만, 기후 재난 대응 비용과 비교하면 충분히 감당할 수 있는 수준입니다. 독일의 사례를 분석했을 때 재생 에너지 가격 하락과 기술 혁신 덕분에 전환 비용은 당초 예상보다 더 낮아질 것으로 보입니다. 선제적인 투자는 환경을 보호할 뿐만 아니라 에너지 신산업을 육성하고 새로운 일자리를 창출하는 경제적 기회이기도 합니다. 기후 목표가 야심찰수록 수소에 대한 수요는 증가하겠지만, 이는 결과적으로 더 깨끗하고 안정적인 에너지 시스템을 구축하는 밑거름이 될 것입니다. 미래의 에너지 시스템은 수소와 전력이 상호 보완하며 유기적으로 작동하는 구조가 될 것입니다. 비록 노후 주택의 개조나 숙련된 기술 인력 확보와 같은 현실적인 과제들이 남아 있지만, 수소는 천연가스 인프라를 통해 가정과 산업 현장에 안정적으로 에너지를 공급하며 이러한 간극을 메워줄 것입니다. 특히 운송 부문과 중공업 분야에서 수소의 역할은 대체 불가능할 정도로 중요해질 것입니다. 우리는 이제 정밀한 데이터와 기술력을 바탕으로 탄소 중립이라는 담대한 목표를 향해 나아가야 하며, 수소는 그 여정에서 가장 신뢰할 수 있는 동반자가 될 것입니다.

수소 기술: 탄소 중립 사회로의 전환 - Detlef Stolten / Director, IEK-3, Juelich Research Center 【2021 글로벌 기계기술 포럼】
한국기계연구원[글로벌 기계기술 포럼│Global Forum on Mechanical Engineering]
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액화수소 활용 수소연료전지 추진 선박 개발 - Steinar Madsen / CEO, Topeka, Wilhelmsen Group 【2021 글로벌 기계기술 포럼】

해양 산업은 전 세계 온실가스 배출량의 상당 부분을 차지하며 기후 변화 대응을 위한 중대한 도전에 직면해 있습니다. 국제해사기구(IMO)는 2050년까지 탄소 배출량을 70%까지 감축하겠다는 야심 찬 목표를 설정했으며, 이를 달성하기 위해서는 기존의 화석 연료에서 벗어난 근본적인 에너지 전환이 필수적입니다. 노르웨이의 글로벌 해양 그룹인 빌헬름센은 이러한 변화의 흐름에 발맞춰 신에너지 부문을 설립하고, 수소 가치 사슬 구축과 무배출 선박 운영을 통해 해양 산업의 탈탄소화를 선도하고 있습니다. 과거 범선에서 증기선, 그리고 디젤선으로 이어졌던 해양 에너지의 역사적 전환은 항상 연료 보급 시설의 부족과 기술적 한계라는 장애물에 부딪혀 왔습니다. 최근의 LNG 선박 도입 사례에서 알 수 있듯이, 새로운 에너지원이 안정적으로 정착하기까지는 통상 20년 이상의 긴 시간이 소요됩니다. 따라서 수소로의 전환 속도를 높이기 위해서는 단거리 운항부터 점진적으로 시작하여 글로벌 표준을 확립하고 인프라를 확충하는 전략이 필요합니다. 이는 기술적 위험을 최소화하면서도 장거리 항해를 위한 발판을 마련하는 효율적인 접근 방식이 될 것입니다. 2024년 운항을 목표로 하는 '토피카 하이십' 프로젝트는 단순한 연구용 시범선이 아닌 실제 상업적 수요를 충족하는 본격적인 해상 서비스를 지향합니다. 노르웨이 서해안의 주요 공급 기지들을 연결할 이 선박은 액체 수소를 주 연료로 사용하며, 3메가와트급 PEM 연료 전지를 탑재하여 이틀간 무배출 항해가 가능하도록 설계되었습니다. 특히 안전을 최우선으로 고려하여 모든 수소 관련 장비는 상부 갑판의 개방된 공간에 배치함으로써 가스 누출 시 발생할 수 있는 위험을 원천적으로 차단했습니다. 이러한 혁신은 심해 항해를 위한 솔루션 개발에 중요한 진전입니다. 수소 경제의 성공은 선박 건조뿐만 아니라 안정적인 연료 공급망 구축에 달려 있습니다. 이를 위해 에퀴노르 등 주요 에너지 기업들과 협력하여 몽스타드 지역에 액체 수소 생산 공장을 건설하고, 항만을 중심으로 수소 터미널과 충전소를 갖춘 유연한 허브를 조성하고 있습니다. 이러한 통합적인 접근은 연료 공급과 수요 사이의 불확실성을 해소하고, 해상 물류 전반의 탄소 배출을 줄이는 데 기여할 것입니다. 또한 EU의 하이십 프로그램을 통한 국제적 협업은 액체 수소 기술의 타당성을 입증하고 사회적 수용성을 높이는 데 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 토피카 하이십 프로젝트는 노르웨이 정부와 유럽연합의 전폭적인 지원 아래 해양 산업의 새로운 미래를 열어가고 있습니다. 현재 진행 중인 액체 수소 생산 시설에 대한 최종 투자 결정이 내려지면, 2024년부터는 본격적으로 무배출 액체 수소 선박이 바다를 누비며 무탄소 해양 연료의 가능성을 증명하게 될 것입니다. 이는 단순히 한 기업의 성과를 넘어 전 세계 해양 산업이 기후 행동 목표를 달성하는 데 있어 중요한 이정표가 될 것입니다. 빌헬름센 그룹과 토피카는 지속 가능한 해양 생태계를 위해 혁신적인 기술 개발과 실증 노력을 멈추지 않을 것입니다.

액화수소 활용 수소연료전지 추진 선박 개발 - Steinar Madsen / CEO, Topeka, Wilhelmsen Group 【2021 글로벌 기계기술 포럼】
한국기계연구원[글로벌 기계기술 포럼│Global Forum on Mechanical Engineering]
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