2019년 1월 17일 목요일

수소 경제 20190117



정부가 새로운 성장동력으로 수소경제를 부르짖고 있다.

관련해서 찾아 본 글 중에는 에너지경제연구원에서 발간한
수소연료전지 자동차 (FCEV) 충전용 수소 시장조성을 위한 정책연구
라는 보고서가 상세하다.


보고서에 따르면 수소는 다양한 방식으로 만들어지는데, 천연가스(49%) 액화석유가스(29%) 석탄(18%)의 개질에서 생산되는 수소가 96%이고 나머지 4%를 전기분해 혹은 부생가스가 담당한다고 한다(2015년 기준).


https://en.wikipedia.org/wiki/Steam_reforming
CH4 + H2OCO + 3 H2
CO + H2O ⇌ CO2 + H2

천연가스의 수증기 개질 반응을 통해 메탄에서 수소가 생성되는 과정을 보여주는 화학식이다.
같은 글에서 다른 방식의 개질도 언급하고 있다.

수소충전소에서는 공장에서 생산된 수소를 저장했다가 충전할 수도 있지만, 천연가스나 lpg에서 수소를 직접 생산해서 충전하는 방식으로 공급할 수도 있다.

정부는 초기단계에서 개질수소와 부생수소를 사용하고, 몇년 후에는 전기분해로 발생한 수소를 사용하고 장기적으로 해외생산된 수소를 수입하는 것을 고려한다고 한다.


왜 수소 경제인가?
정부는 대답을 갖고 있는 모양이다.
그러나 나는 회의적이다.



https://electrek.co/2017/10/26/toyota-elon-musk-fuel-cell-hydrogen/

전기차와 수소차의 에너지 효율성을 비교한 것이다.
여기서는 전기를 이용해서 수소를 생산하고 압축해서 운반하고 다시 연료전지에서 전기를 생산하는 과정을 거쳐서 수소차를 구동할 경우 전력의 23%를 사용하고, 전기를 충전해서 전기차를 구동할 경우 69%를 사용하는 것으로 비교했다.
효율에서 정확히 3배의 차이가 난다.
머스크가 fuel cell을 fool cell이라고 부른 이유이다.

그냥 사용하는 것이 효율이 높은 전기를 이용해서 수소를 생산해서 발전과 수소차에 이용하는 것은 그야말로 바보짓이라서 언급할 가치가 없다.
만약 수소를 전기를 저장하는 용도로 이용하는 것이라면 이미 이차전지를 이용한 ESS가 시장성을 가지고 있다는 점을 확인할 필요가 있다.

부생수소는 석유화학 산업에서 기왕에 다양하게 이용된다.
또 부생이라는 말이 암시하는 것처럼 본격적으로 수소가 에너지원으로 쓰이는 수소 경제 사회에서는 터무니없이 부족하다.

전기분해수소를 사용하는 것은 바보짓이고, 부생수소는 태생적으로 공급이 제한되어 있기때문에 개질수소가 싸거나 친환경적이어서 다른 에너지에 비해 장점이 있어야 한다.



17일 발표된 정부의 수소 경제 활성화 로드맵을 보면 수소경제는 탄소경제와 여러가지 면에서 차이가 있는 것처럼 언급하고 있다.

p1의 표이다.
내가 보기에는 정신승리의 표본이다.


에너지 자립:
전기분해수소는 논외이고, 부생수소는 소량에 불과하다.
수소차 몇대를 굴리는 것이 아니라 수소경제가 목표인 경우에는 석유, 가스, 석탄을 수입해서 수소를 만들거나 수소를 천연가스, 석탄대신 수입해야 한다.

분산형 에너지 수급: 충력, 태양광 등 다른 신재생 에너지가 가진 장점이다.
주민수용성: 주유소, 가스충전소보다 수소충전소를 더 선호할 이유는 없다.

경쟁양상: 누가 경쟁하나? 일본?

환경성:
부산물이 물이라는 사실은 맞다.
그러나 수소가 친환경적으로 만들어지지 않으면 친환경적이지 않으니 소용없다.
전기차가 친환경적이려면 전기가 친환경적으로 생산되어야 하는 것과 같다.
그러나 수소 생산에는 전기를 쓰거나 화석연료를 써야 한다.
수소는 전기보다 친환경적일 수 없다.
화석연료를 써서 수소를 생산하면 오염물질 발생의 위치만 바뀐 것에 불과하다.



p2의 표이다.
연료전지의 효율이 높다고 표시해 놓았다.
위의 위키피디아 글에서 개질 반응의 효율이 65-75%라고 한다.
그러면 연료전지의 효율은 36-60%가 아니라 23.4-45%로 떨어진다.
석탄, 가스보다 효율이 낮은 것이다.



p17



만약 호주, 미국, 중동에서 개질 수소를 사올 수 있게 투자가 진행된다면 환경문제, 경제성문제를 극복할 여지가 생긴다.
그러나 한국, 일본만 수소를 쓴다고 하면 그 나라에서 석탄이나 가스보다 싸게 수소를 공급하겠나? 걔들이 미쳤나?
그럼 생산비용과 마진과 오염에 대한 댓가를 지불하고 수소를 수입하는 구조로 한국경제가 바뀐 뒤에 가격을 올리면 한국이 어떻게 대응하나? 석탄, 석유, 가스는 그나마 공급자가 많지만 수소는 그럴 가능성이 없다.
그럼 한국이 한국에서 쓸 수소공장을 호주, 미국, 중동에 짓고 수입하나? 도대체 왜?

수소차를 빼면 연료전지 발전만으로 수소경제를 언급하는 것은 큰 의미가 없다.
몇 년 전 전기차도 수소차도 지평선 아래에 있던 시절에는 시장을 열기 위해 다양한 연구개발의 시도가 필요했을 것이다. 그러나 2018년을 지나면서 자동차 시장은 가솔린차 다음으로 전기차를 선택했다는 점이 명확해졌다. 현대차, 토요타가 힘을 합쳐도 이제 대세는 기울었다. 수소차가 전기차 다음이라는 것도 실현가능성이 낮은 꿈에 불과하다.


산업부, 新산업서 ESS 지우고 수소경제 띄우기
http://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=206346

이명박정권의 녹색성장은 방향은 전세계의 큰 트렌드와 일치했지만, 시기상조였다.
박근혜정권의 창조경제는 이름은 그럴듯 했지만, 내용이 없어서 성과도 없었다.
문재인정권은 소득주도성장으로 2년을 날리고 내세운 혁신성장의 구체적 내용으로 수소경제를 표방하는 것으로 보인다.

내가 보기에 수소경제가 의미가 있으려면 원전에서 싸게 생산된 전기로 수소를 최대한 싸게 만들어야 한다. 그런데 이 정권의 탈원전정책때문에 그럴 가능성은 없고, 수소경제의 가능성은 역시 없다.
수소경제 정책의 수명은 정권끝까지 쳐도 3년에 불과하다.




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참고

http://www.h2news.kr/news/article.html?no=6698

"국내에서 수소전기차 충전용 및 연료전지발전용으로 공급이 가능한 부생수소는 연간 5~10만톤으로 추산되며,"
"또 수소를 손쉽게 구할 수 있는 방법이 부생수소라는 점에서 현재 운영 중이거나 구축 중인 수소충전소는 대부분 부생수소를 사용한다. 튜브트레일러를 이용해 부생수소를 수소충전소에 공급하는 방식(off-site)이다."

https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=shm&sid1=103&oid=028&aid=0002440124
“전기차 뛰어넘을 수 있나”
전기차·재생에너지 이미 상용화 단계
“친환경 고효율 에너지 될 수 있나”
추출·정제 과정서 이산화탄소 배출


국내 수소차 900대→290만대로…그많은 수소연료는 어디서?
https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=shm&sid1=101&oid=018&aid=0004293961

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추가

현대차가 수소전기차에 대한 대규모 투자를 발표했습니다. 계획대로라면 일본을 앞질러 주도권을 잡게 됩니다. 그러나 전기차가 대비 에너지 효율, 주행 성능 등 상품성에서 한참 뒤져 있고, 기술이 발전하더라도 수소전기차의 태생적 한계 때문에 전기차를 넘어 설 수 없습니다. 그나마 수소전기차가 궁극적인 친환경차라는 대의명분 중 최대주행거리에서 우위는 ‘테슬라’가 이미 퇴색시켰습니다. 수소전기차 운행은 힘들게 생산, 수송, 저장한 값비싼 수소연료를 낮은 효율과 재미없는 차에 낭비하는 꼴입니다. 현대차는 이런 근원적인 난제를 선두에서 풀어야 하기에 수소전기차에 대한 대규모 투자는 밸류에이션 상승보다 장기적으로 동사에 부담이 될 것으로 봅니다.
http://hkconsensus.hankyung.com/apps.analysis/analysis.downpdf?report_idx=509404

수소전기차가 헛짓거리라는 한화의 보고서. 여러모로 훌륭하다.

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추가 2

https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LPOD&mid=sec&oid=011&aid=0003489696

정부로드맵의 수소 공급 계획의 한계를 업계 전문가들의 의견을 빌어 비판하고 있다.
부생수소는 공급량에 한계가 있고 억지로 늘리면 경제성에 한계가 있다.
개질 수소는 환경오염과 경제성에 한계가 있다.



댓글 20개:

  1. 충전시간 관련해서는 수소차가 배터리 전기차보다 장점이 있지 않나요? 개인적으로 현재의 리튬전지 로는 진정한 전기차 시대가 오기는 어렵지 않나 생각합니다 브라운관 TV를 아무리 연구개발해도 화면 크기나 화질에서 한계가 있듯이 배터리 방식에 리튬전지 방식을 넘어서는 기초화학적인 퀀텀점프가 이루어지지 않는다면 진정한 전기차시대가 언제올지 의문입니다

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    1. 그점이 몇년 전에는 궁금했었는데, 최근 전기차 사용자들이 주유소에 갈 필요가 없어서 오히려 시간이 절약된다는 얘기를 듣고 마음이 바뀌었네요. 전기차 충전하는 시간이 급격히 단축되고 있기도 하구요.
      무엇보다 전기차는 친환경적으로 생산된 전기를 쓸 경우 가솔린차에 비해 가지는 장점이 있는데, 수소차는 가솔린차에 비해 친환경적이려면 전기분해수소를 써야하고, 그러면 전기차에 효율이 떨어져서 아예 장점이 없다는게 문제같습니다.

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  2. 결국 전기차이든 수소차이든 원전을 해야되요
    전기분해를 해야되고
    전기로 충전을 해야되고

    결국 전기값이 싸야됨
    그리고 꾸준히 일정하게 나와야되고.....

    결국 탈원전은 희대의 바보짓으로 결론내리고 멈출듯 합니다.

    제가 사실 20년 넘게 민주당에만 투표해온 민주당 콘크리트인데
    문재인 3년겪으니까
    다들 주위에서 자한당 지지자로 암....

    민주당정책만 나옴 비판한다고.......

    근데 더하기빼기만해도 문재인표 정책이 바보짓이니.....
    어떻게 비판을 안하냐구요

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    1. 저도 자한당을 지지할 수는 없어서 무당파가 되어가네요.
      그냥 비싼 전기를 감수해야 하는지, 원전 리스크를 감수해야 하는지, 친환경에너지의 환경파괴를 감수해야 하는지, 뭐라도 국민이 합의를 해야 할 것 같은데 이번 정부에서는 어려울 것 같네요.
      탈원전 속도를 조율하자는 정도의 합의라도 나온다면 다행이라고 봅니다.

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  3. 작년부터 국회에서 수소경제포럼 발족하고 데이터 ai 수소 3대 신사업으로 몰빵한다더니 올해 드디어 만천하에 공표하고
    시작하는 군요! 수소차는 일단 어제 산업부 로드맵을 따르면 거의 수출 내수 비슷한 수준으로 목표대수를 발표했던데
    즉 대한민국이 개발경제시대때 해왔던것 처럼 일단 수소차에 국가적으로 베팅한다는 공표입니다.
    대한민국이 수소차에 이미 운명의 주사위를 던졌으니 일단 응원해봐야겠지요 현대가 참 운이 좋습니다.

    수소차보다 눈여겨 봐야할것은 연료전지에 대한 로드맵입니다 이는 논란이 없는 케이스죠.
    이미 연료전지 생산능력이나 발전소 설치현황을 봐도 대한민국이 전세계 1위입니다.
    특히나 전세계적으로 시민들의 반대 그리고 송전탑 설비에대한 경제적인 비용등 여러문제로 인해
    분산형 전원이 오래전부터 대안으로 떠오르고 있는데 연료전지는 최적의 대안인것 같습니다.
    그동안 경제성이 크게 좋지않아서 폭발적으로 성장하지못했는데
    이미 작년부터 여야 국회의원 수소경제포럼 발족해서 이미 법안 초안 다 만들어놓았고
    올해부터 연료발전용 가스요금제 신설과 태양광 발전처럼 rec가중치와 같은 제도적으로 지원해버리면
    폭발적으로 성장 안할래야 안할수 가 없습니다.

    현재 연료전지 발전 구성을 보면 한전+지방지역난방업체(수소에서 나온 열공급및판매+연료전지 공급운영 관리업체인데
    모든 플레이어들이 다 이득입니다. 어차피 연료전지 발전은 가스를 원료로 발전을하니 수소차처럼 수소공급문제에서
    벗어나 있구요 그리고 이정부가 그토록 추진해왔던 동북아 경제벨트 사업중에 러시아 가스관 연결 사업이나
    미국향 가스 수입 확대등으로볼때 가스 공급쪽에서는 큰 문제가 없을것 같습니다.

    미리 연료전지발전에 대해 공부해놓으면 좋은 기회가 올것 같습니다.

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    1. 수소경제는 허깨비라는 것이 본문의 내용입니다. 수소차 테마에 올라타서 떡이나 먹자는 것이 요지인가요?

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    2. 제 글의 요지는 수소차는 도박일지 모르나 수소연료전지는 실체가 있고 정치와 상관없이 괜찮은 정책인 것 같다는 이야깁니다. 수소차랑 연료전지발전이랑 전혀 상관이 없습니다.
      이 정권이 헷갈리게 세트로 묶어서 그렇지 수소연료전지 발전은 신재생에너지중 그나마 가장 제일 친환경적이고
      분산형 전원으로 대안이며 8차 전력수급기본계획에서도 많이 토론이 되었습니다.
      수소경제는 헛개비고 도박일지 모르나 헛개비 안에 제대로된 연료전지라는 알맹이도 있다는 내용입니다.
      오해 없으시길 바랍니다.

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    3. 네 알겠습니다. 부생수소를 이용한 연료전지발전까지는 친환경적일수 있다고 생각합니다.

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    4. 제가 잘몰라서 질문드립니다.
      부생수소를 이용한 연료발전까지는 친환경적일수 있다고 하셨는데

      현재 연료발전은 부생수소보다는 대부분 천연가스나 lpg를 사용하고 있습니다.
      이들 연료는 어차피 발전소 돌려서 나오는 것도 아니고 수입하거나 원유를 정제할때나오는 부산물인데
      친환경적인것이랑 거리가 먼것인가요? 제가 잘못 오해하고 있는것이 있나해서 질문드립니다.

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    5. 수소를 만드는 과정에서 유실되는 에너지때문에 천연가스나 lpg보다 효율이 떨어질 수 밖에 없기 때문에 같은 에너지를 얻기 위해 결과적으로 더 많은 탄소를 배출하게 될 것으로 봅니다. 찾아본 어떤 자료에서도 이것을 부인하지는 않는 것 같습니다. 친환경적이라는 것은 사용하는 지역이 그렇다는 것이고 수소생산시 배출되는 탄소의 총량은 달라질 가능성이 없습니다.

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  4. 최저임금
    공무원증원
    수소차.....

    차라리 현빈 조각상이나 신경쓰던 503이 훨 낫네요

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  5. 저는 탈원전 행보 속의 수소차는 결국 가스관과 연결되기 쉬우며, 따라서 기승전북이라는 큰 그림 안에 있다고 생각합니다. 혹여 언젠가 정부가 바뀌더라도 남조선 에너지차단권을 쥐고 있는 나라에 마냥 적대적이긴 힘들겠지요. 그것이 좋고싫고가 아니라 가급적 무덤덤하게 지켜보려고 합니다.

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    1. 중국, 러시아 산 png가 항상 싸게 공급되는 것을 보장할 수 없다는 것은 유럽의 경험으로 확인된 것으로 봅니다. 결국 수소경제가 장기적으로 해외천연가스에 의존하는 것이면 그냥 천연가스를 쓰는 것보다 나은 것이 뭔지 알기 어렵네요.
      천연가스버스, 액화석유가스승용차까지 한국에 다 나와 있고 기왕에 smp는 천연가스가 결정하고 있구요.

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  6. 정확하게는 수소 vs 전기가 아니고, 수소 vs 배터리입니다. 실제로는 에너지 '저장 수단'을 두고 헤게모니싸움을 하는 것인데, 수소는 분명 이점이 있긴 합니다. 일단 배터리와는 달리 상용자동차, 선박, 항공기 등에도 사용이 가능하니까요. 아마 배터리로 선박을 돌리려면 테슬라가 50리터 연료를 대체하기위해 500키로 가까운 배터리를 쓴건
    고려하면, 배터리 무게가 만톤을 훌쩍 넘어갈겁니다.

    이 정부의 황당한점은 이런 계획을 함에 있어서 고효율 에너지원 인프라를 망가뜨리고 있단겁니다. 차세대 원전을 통해 버려질 열도 수소개질에 쓸수도 있었고, 극단적인 경우 전기분해를 스킵할수도 있었는데 그런 가능성이 모두 사라진것이죠. 덕분에 전기차의 친환경성도 손상되는 중이지요

    이 정부는 지난 보수정권이 이루지 못한 방식으로 새롭게 대한민국의 경제를 부흥시켜보려는 판타지가 있는듯 한데(일종의 호승심?), 이런 전문성이 결여된 방식으로는 성공은 커녕 기반산업 경쟁력만 망가질겁니다. 에너지원과 저장수단도 구분 못하는 느낌이니 원;;

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    1. 배터리 선박은 모르겠지만, 상용차는 테슬라 말고도 진출하는 업체들이 늘어나고 있고, 항공기도 기사를 보면 조만간 나오지 않을까 싶네요. 선박에 쓸만한 양의 수소는 lng나 석탄에서 나올 가능성이 높으니 수소도 배터리도 필요없고 그냥 lng를 쓰는 것으로 충분하지 않을까 싶네요.
      수소가 친환경적인 저장수단이 될 가능성은 없다고 보지만, 경제적인 저장수단이 될 것인가에 대해서는 원전이나 그 정도로 싼 청정에너지원이 한국에 나타난다면 가능할 수도 있다고 생각합니다.
      저간의 이유로 전기차는 경제성만 뒷받침되면 한국에서도 휘발유차를 대치하는 것이 말이 되지만, 수소차는 보조금이든 기술발전이든 아무리 싸게 내놔도 전기나 수소를 공짜로 얻어올 것이 아니면 소용없다고 봅니다.
      수소차를 빼고 수소경제를 얘기하는 것은 앙꼬없는 찐빵이구요.

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    2. '수소 vs 배터리'가 왜 이상하게 들리나 생각해보니 '수소통 vs 배터리'라고 해야 맞네요. 운반되는 것도 저장되는 것도 '수소 vs 전하'구요. 배터리 가격에 비교하는 것이 보통은 연료전지 가격이지만 수소통 가격도 비싸다고 들은 듯하네요.
      결과적으로 '수소 vs 전기'보다 '수소 vs 배터리'구분의 장점이 무엇인지 모르겠네요.

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    3. 애초에 배터리도 그렇고 수소전지 스택도 그런데, 이러한 아이디어의 시작점은 탈화석이었습니다. 위에서 차라리 LNG를 쓰고 만다고 하셨지만, 애초에 그런걸 안 쓰고 중앙에서 에너지를 대량 생산한 다음 '무엇을 통해' 보관해 운송하고 옮기느냐의 문제에 가깝습니다. 그런 의미에서 보면 배터리는 이미 한계가 뚜렷합니다.

      현 수소경제 플랜의 문제는 수소 자체만의 문제는 아니고, 현 정부의 에너지정책 자체가 탈석유를 가로막는 방향이 되어버린게 문제인겁니다. 사실 차기원전인 VHTR정도가 되면 수소생산 효율이 발전효율과 비슷해져서 한화 자료의 실효율 부분이 개선됩니다(전기에서 수소 변환부가 사라짐). 상용차부터는 비벼볼만한 레벨이 될수도 있을겁니다

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    4. 원전으로 수소를 생산하거나 원전으로 전기를 생산하는 것은 다른 논점이라고 봅니다. 더구나 원전이용 수소 생산은 미래의 일입니다.
      다만 원전을 배제하고 수소경제가 친환경성, 경제성에서 넌센스라는 점에 동의하시는 것으로 보입니다.

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    5. 네 정확하십니다. 에너지 생산 인프라의 변화없이 이 일을 진행하는건 목적(재생가능 에너지로 전환과정에서의 에너지 매개수단)과 수단(수소)을 헷갈리는겁니다. 국정홍보를 위해 수단이 목적이 되어버린것이죠.

      다만 현대차나 수소업계 입장에서는 국가가 에너지인프라를 비가역적으로 망가뜨리지 않고 언젠가 방향을 전환해주길 기다리며 기술축적은 하고 있을수는 있습니다. 문제는 정부가 자기들 실적에 눈이 멀어 보급대수같은 양적 지표에 달려들 경우입니다. 이러면 비효율적 인프라를 세금으로 보조하게 되는거고, 경제에 짐만 되는것이죠.

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