수소경제

넥슨스타 수소경제 선두 주자로 노력 경주

• 전 세계적 기후변화에 따른 위기

• 화석연료 시대에서 수소 경제 시대로

• 넥슨스타, 기술혁신과 협력 파트너쉽 강화로 글로벌 선두 주자 노력 경주

[ 넥슨스타 그린에너지 생태계 ]

"이산화탄소 배출량을 순 제로(Net zero)로 줄이지 않으면 종말을 막을 수 없다."

지난 산업혁명 이후 현재까지 100여 년 동안 지구 평균 기온이 1℃가 상승된 상태인데, 여기에 더해져 2℃ 이상 상승되면 그때 지구는 회복력을 상실한 상태, 즉 '티핑포인트(tipping point )'를 넘어갑니다.

지구 온도 상승 폭을 1900년 산업화 이전 대비 1.5도 미만으로 제한하기 위해서는 이산화탄소(CO2) 배출량을 2030년까지 2100년 대비 45% 감소시키고 2050년 에는 순 제로(net zero)에 도달해야 한다고 밝히고 있으며 전 세계 195개국은 지구의 평균온도가 상승하지 않도록 온실가스 배출량을 단계적으로 감축하는 내용에 합의했고, 이를 이행하기 위해 많은 국가가 탄소에너지를 대체할 친환경에너지 발굴에 노력하고 있습니다.

에너지 패러다임의 변화

에너지 패러다임 탄소자원 (석유, 탄소, 가스)	에너지 패러다임 탈탄소화 중심
에너지 공급 중앙집중형 에너지 공급	에너지 공급 분산형 에너지 수급
경쟁 양상 자원개발 및 에너지 확보 전쟁	경쟁 양상 기술경쟁력 확보 및 규모의 경제 경쟁
환경성 온실가스, 대기오염물질 배출 CO2, NOx, SOx	환경성 온실가스 배출이 적어 친환경적 부산물=물(H2O)

[ 에너지 패러다임 변화 ]

[ 순수 수소를 사용할 경우 ]

화석연료시대의 종말, 수소에너지로 기술 패권 경쟁 시작
태영광, 풍력 등 재생에너지의 한계를 넘어
수소에너지로 에너지 패러다임 변화

전세계 배기가스 배출량의 73%는 에너지를 사용하는 산업분야(24%), 건물(17%), 운송 (16%)에서 발생되고 있으며 세부적으로 운송(12%), 철강분야(7.3%) 순이며 우리나라의 경우 발전분야 40%, 철강과 수송분야 각 13%, 화학분야 6%의 배기가스를 배출하고 있어 발전, 철강분야에서 높은 배출비중을 보입니다.

지구 온난화의 주범인 화석연료의 대체에너지로 원자력발전은 고준위 방사선폐기물을 10만년 동안 보관하여야 하고 우라늄 같은 한정적 자원을 필요로 하는 문제가 있으며 태양광, 풍력 등 재생에너지는 일조량과 날씨에 따른 발전 출력이 일정하지 않은 탓에 기존 전력망이 훼손될 수 있다는 우려가 높다. 수요 이상의 전력이 송배 전망에 투입될 경우 또는 발전이 적은 경우 ‘블랙아웃’ 사태가 벌어질 수 있으며 대규모 에너지 저장장치(ESS)로 인한 화재, 많은 부지를 필요로 하는 문제가 따르고 있습니다.

이러한 이유로 탄소에너지를 대체할 친환경에너지로 무한한 자원이면서 전력 수요를 상회하는 공급 전력을 수소로 저장하고 액체나 기체로 운송도 가능하며 필요할때 연료전지를 통해 전기로 전환해 활용할 수 있는 수소에너지로의 에너지 패러다임이 변화하고 있습니다.

수소에너지의 장.단점

수소는 무한에너지, 청정에너지, 생산.저장.유통 가능 한 장점 보유
수소그리드(가스) – 스마트그리드(전력) 간 호환성으로 에너지 유연성 우수

IEA, Global Hydrogen Review 2021 보고서에 따르면, 세계의 수소 수요는 현재 9천만 톤에서 빠르게 확대되어 2050년에는 5억 2천만 톤에 이를 것이며 수소 생산방식도 그레이 수소에서 탄소 저배출 청정수소, 특히 수전해 기술을 활용해 수소를 생산하는 방식으로 빠르게 대체될 것으로 전망하고 있습니다.

수소에너지의 장점

• 자원의 무한성: 수소는 우주질량의 75%, 지구표면의 70%를 덮고 있는 물에 존재
• 환경에 무해: 재생에너지를 활용한 수전해 생산방식은 생산과정에서 온실가스 배출이 없는 그린수소 생산
• 재생에너지 단점 보완: 태양광, 풍력 등 재생에너지의 간헐성(Intermittencty)에 따른 발전량의 변동성, 수요와 공급 불일치 해소 역할
• 생산,저장,유통 가능 : 전기의 단점을 보완 한 액체(P2L)나 고압 기체(P2G)로 저장 가능하고 바다와 먼 거리 운송이 쉬움
• 높은 에너지 효율: 단위 중량당 발열량이 높아 같은 무게라면 화석연료보다 3~4배 가까운 에너지를 얻을 수 있다
• 에너지대체: 모든 화석연료 내연기관(연소엔진) 대체, 연료 및 발전용으로 사용 가능
• 여러산업의 기초 연료: Metallurgy, Steel, Food, Glass
• 경제성: 압축을 통한 에너지밀도가 높고 취급이 쉬워 경제성 높음
• 안전성: 공기보다 14배 가벼워 누출時 빠르게 공기 중으로 확산돼 발화 가능성 없음

수소에너지의 단점

• 경제성 부족 : 20년 수소 1kg당 5$이나 재생에너지 가격 하락, 수전해 용량 증가로 2026년 수소 1kg당 3$로 급속히 하락 할 것으로 예측
• 시장 성숙도 부족: 22년 수소경제 분야별 시장 조성 단계이나 2023년 부터는 본격적인 시장경쟁 단계로 진입 예상
• 그린수소 생산시 필요한 재생에너지의 부족: 기술발전에 따른 발전효율 증가 예상

수소의 종류

생산과정의 탄소 배출 여부에 따라 구분, 긍극적으로 탄소 배출 없는 수전해 그린수소로 이행
넥슨스타는 하이브리드 발전에 의한 수전해 그린수소 생산에 특허출원 하고 실증 준비

현재 전 세계에서 생산 중인 수소의 약 96%는 수소는 탄소와 수소로 구성된 천연가스에서 수소를 추출하는 천연가스 ‘개질(Reforming) 방식’으로 생산하는 그레이수소가 차지하고 있습니다.

개질 수소는 천연가스의 주성분인 메탄(CH₄)을 고온의 수증기와 반응시켜 뽑아내며 이 공정에서 수소 1kg당 10kg의 이산화탄소(CO₂)가 부산물로 생기며 결국 개질 수소를 생산하려면 온실가스 배출은 불가피하며 생성된 CO₂가 포집되어 저장될 때 이를 블루 수소(blue hydrogen) 라고 하며 CO₂ 모두를 저장 할 수 없으며 수소 1kg당 1~3kg의 CO₂가 방출됩니다.

‘부생 수소’는 석유화학 공정이나 철강 등을 만드는 과정에서 부수적으로 나오는 수소이며 부산물을 활용한다는 점에서 생산량에 한계가 있으나, 수소 생산을 위한 추가 설비나 투자 비용 등이 적어 경제성이 높다는 장점이 있다. 부생 수소도 열분해 과정에서 적지 않은 양의 온실가스가 배출됩니다.

‘그린수소’ 생산은 태양광, 풍력 등 재생에너지로 생산한 전력을 이용하여 물을 전기분해해 분리막으로 이온을 이동시킴으로써 수소와 산소를 생성하는 전기화학적 기술로 수소 생산 과정에서 탄소를 배출하지 않아 탄소중립을 위한 핵심기술로 평가받고 있습니다. 그린수소의 생산은 풍력발전과 태양광발전에 의해 대부분 생산이 되고 있으며, 하이브리드 발전(풍력+태양광,수력, 지열)에 의한 생산은 연구 단계이며 넥슨스타는 그린수소 생산에 태양광+지열+N 을 이용한 “에너지 자립형 수전해 시스템”을 특허출원하고 실증 단계를 준비하고 있습니다.

글로벌 수소경쟁

청정수소 확보를 위한 국가 간 경쟁 가속화
기업은 생존을 위한 투자 및 비즈니스 변화 가속화

수소경제는 수소를 주요 에너지원으로 사용하는 경제·산업 구조를 말합니다. 글로벌 온실가스 감축 계획에 따라 각국 정부는 화석연료 규제와 동시에 수소경제 지원정책을 강화하고 있으며 기업은 탄소국경세, ESG 금융산업 강화 등 생존을 위한 변화로 모빌리티산업으로 전환(전기차, 수소차), 에너지의 전환(수소에너지의 저장, 전력화)이 가속화 되고 있습니다.

EU는 에너지전환 정책인 REpowerEU에 그린수소와 그레이수소의 생산단가 차액을 보조금 형태로 지급하는 탄소차액지원계약(CCFD) 제도 도입 계획을 밝혔으며, 미국은 인플레이션 감축법(IRA)에 세계 최초로 그린수소 세액공제 제도를 포함했습니다.

독일 역시 역외에서 생산한 그린수소를 국내에 도입해 공급할 경우 보조금을 지급할 예정이며 영국-재생에너지 목표 2배 상향, 프랑스-태양광 용량 10배 확대, 벨기에-북해 해상풍력 증대, 독일-2035년 재생에너지 80% 공급목표입니다.

구분	규제	지원
EU	• Fit for 55법안(22.6) - 탄소배출권 거래제(ETS) 대상 확대, 탄소국경조정제도(CBAM)강화 - 탄소국경세 적용 대상 업종인 철강,전기,알루미늄,시멘트, 비료 등 5개업종에 대한 무상할당 폐지(~2033) - 탄소국경세 업종 확대(수소, 유기화학품 등 4개분야 외 2027년 상업용 건물, 육상운송 포함 ) - 생산공정 사용 전기 등 간접배출까지 범위 확대 • 한국의 온실가스 배출량은 EU, 캐나다에 비해 2~4배 높음	- REPowerEU법안(22.5) 러시아 천연가스 수입을 줄이기 위한 2030년까지 3,000억 유로 투자 - Clean Hydrogen Partnership 3억유로 - IPCEI Hy2Tech 모빌리티 밸류체인 54억유로 - IPCEI Hy2Use 수소인프라 52억 유로 + 민간 70억유로 ＊ IPCEI Important Project of Common Eurpean Interest 유럽공통 중요 프로젝트
미국	• GSSA법안(2021.10) Global agreement on Sustainable Steel and Aluminum - EU-미국간 지속 가능한 철강 및 알루미늄에 대한 글로벌 합의 - 거래되는 철강,알루미늄에 내재된 배출량 평가를 위한 데이터 공유 - 배출조건 미 충족시 시장 접근 제한	• IRA법안(22.8) 화석연료 전환을 위한 3,690억달러 지원 - 미국을 전 세계에서 사장 저렴한 청정수소 생산 국가로 유도 - 수소연구개발예산 4억6백만 달러 - 수소생산, 저장, 이송분야에 예산의 77% 투자

글로벌 수소 시장 규모

2050년 수소경제 글로벌 규모 2,500조원, 국내 70조원 경제효과 발생
넥슨스타의 주요 사업부문인 수전해 그린수소 시장은 초기시장으로 선점효과, 장기 성장률이 매우 큼

2050년 글로벌 수전해 설비 시장은 210억(약 3조) 달러, 수소판매 시장은 수소 1kg에 $1.5(hydrogen council) 가격에 3,100억달러(약 450~500조) 이상의 규모로 추정 하고 있습니다.

IRENA(국제재생에너지기구)에 따르면 2050년까지 수전해 용량은 약 1700GW(1.7TW, 19EJ)로 연간 수소 생산은 29EJ의 66%를 차지 할것으로 전망 하고 있으며 현재 시장을 선도하고 있는 수전해 장치(전해조) 생산 업체는 주로 유럽, 미국 업체들이며 수송/저장 인프라는 기존의 산업용 가스 업체인 A사, L사 등이 선도하고 있습니다.

넥슨스타는 수소 생산&원료의 수전해 장치 및 수소판매, 운송 및 유통의 수소충전소, 활용부문의 발전 및 난방분야 등을 사업영역으로 하고 있으며 글로벌 선두 기업과 어깨를 나란히 할 수 있는 기술혁신과 협력 파트너쉽 강화로 국내 및 해외 시장에서 선두 주자로 자리매김 하고자 노력 하고 있습니다.

[ 수소생산기지 개념도 ]