미국 에너지부(DOE)는 2023년 6월 5일 기후 변화에 대응하기 위한 미국 최초의 ‘국가 청정 수소 전략과 로드맵(U.S. National Clean Hydrogen Strategy and Roadmap)’을 발표했다.

이 로드맵 계획이 실행되면 2030년에 미국이 배출하는 온실가스가 2005년 수준 보다 50% 줄어든다. 이 로드맵은 청정 수소의 생산, 처리, 배송, 저장 및 사용을 가속화하기 위한 포괄적인 국가 수준의 프레임워크로 3년마다 업데이트된다.

< 미국 연방정부가 발표한 청정 수소 전략과 로드맵 표지 >

[자료: 미국 에너지부 홈페이지]

전략 및 로드맵에 의하면, 미국 내 청정 수소 생산 수요가 2030년까지 1000만 미터톤(MMT), 2040년까지 연간 2000만 미터톤, 2050년까지 연간 5000만 미터톤에 이를 것으로 보고 있다. 아울러 오늘날 미국의 수소 생산, 운송, 저장 및 사용에 대한 정보를 제공하면서, 에너지 운송 회사가 많은 부문에 걸쳐 국가의 탈탄소 목표에 어떻게 기여할 것인지에 대한 비전을 설정했다. 초당적 인프라 투자 및 일자리 법안(IIJA)을 통해 청정 수소에 대한 95억 달러 투자 내용을 담았다. 청정 수소 관련 95억 달러는 지역 청정 수소 허브 구축에 $80억 달러, 전해(electrolysis) 기술연구·개발 지원에 $10억 달러, 제조 및 재활용 연구·개발 지원에 $5억 달러로 구분된다.

전략 및 로드맵은 청정 수소를 개발하고 효과적인 탈탄소화 도구로 채택하기 위한 세 가지 핵심 전략을 세웠다. 즉, ▲청정 수소에 대한 전략적이고 영향력 있는 사용을 목표로 하고 ▲청정수소 비용 절감 ▲지역 네트워크에 초점을 맞추는 전략이다.

수소 산업 경쟁력 치열

수소연료전지는 수소를 이용해 전기 에너지를 만들어내는 무공해 에너지다. 수소연료전지는 석유, 가스 등과 같은 연료에서 추출해 낸 수소와 공기 중의 산소와 반응시켜 물과 전기 에너지를 만들어낸다. 이는 기존 터빈발전방식이 아닌 산화 환원 반응을 이용해 전기 에너지를 만들기 때문에 에너지 효율이 더 높다.

에너지 전환 과정에서 에너지원으로 활용할 수 있는 실용성이 매우 높다. 수소는 과잉 생산된 전기를 수소로 전환해 저장했다가 날씨 등의 영향으로 발전량이 부족할 때 꺼내 쓸 수 있고, 전기를 수소로 전환하면 장기간 전기를 보관할 수 있으며, 전기를 수소 형태로 변환해서 해외까지 이동시킬 수 있는 매개체로 활용할 수 있는 이점이 있다. 게다가 수소를 동력원으로 사용하면 한 번 충전으로 갈 수 있는 거리가 늘어날 뿐 아니라 더 많은 승객이나 화물을 실을 수 있으므로 지게차·트럭·버스 같은 상용차 수요도 많다.

수소를 연료로 삼아 전기를 만드는 수소 발전 기술도 빠른 속도로 향상되고 있다. 미국의 수소 연료 전지 시스템 개발 회사인 플러그파워(Plug Power)는 수소 생산부터 유통, 활용이 가능한 기술을 갖고 있다. 23년 5월, 전기자동차(EV) 트럭과 상용차 용으로 새로운 유형의 수소발전 충전소를 상용화했다. 이 충전소는 1만 8000갤런(약 6만 8000리터)의 액체수소 탱크와 플러그파워가 제조하는 고정형 연료전지시스템을 조합해 60MW/h 이상의 전력을 발전시킨다. 외부로부터 전기를 끌어들이지 않고, 지하에 매설된 녹색수소 탱크와 발전 시설로 자체 발전해 전기차를 충전하는 것이다. 플러그파워에 따르면 충전기의 자체 발전 용량은 600대 이상의 EV가 충전 가능한 전력이다.

연료전지 기술혁신의 글로벌 선도기업인 퓨얼셀에너지(Fuel Cell Energy)는 연료전지 발전플랜트 솔루션기업이다. 퓨얼셀에너지는 수소 연료전지 분야에서 미국을 대표하는 원천기술 보유 기업으로서 용융탄산염 연료전지(MCFC) 외에도 고체산화물 수전해(SOEC) 및 고체산화물 연료전지(SOFC) 기술을 보유하고 있다.

연료전지 및 수전해 수소생산분야 세계적기업 블룸에너지(Bloom Energy)는 최근 고효율 전해조 개발에도 성공하며 수소 생산으로 사업을 확장하고 있다. 고온에서 작동하는 블룸에너지의 수전해는 현재 상용화된 수전해 기술 중 저온에서 작동하는 수전해보다 적은 전기를 사용해 더욱 효율적이다. 수소 생산 시 약 80%를 차지하는 비용이 전기 비용임을 감안할 때, 더욱 적은 비용으로 수소를 생산할 수 있다.

한-미 수소 산업 비즈니스 협력 기회

우리 정부도 ‘수소산업 1등 국가’로의 도약을 천명하며, 국내 수소 산업을 향후 새로운 수출산업으로 키우기 위해 국내 수소 산업을 적극 육성하는 정책을 추진하고 있다. 이 같은 정책에 기반하여 한국 수소 시장의 잠재력과 민간 부문 경쟁력으로 글로벌 비즈니스 협업이 활발하게 추진되고 있다.

우리 기업은 미국의 플러그파워와 함께 수소설비 생산기지 ‘기가팩토리(Giga-factory)’ 건설 등 국내 수소산업에 총 1조원을 투자한다. 동 기업은 22년 4월 25일 미국 워싱턴D.C. 미국상공회의소에서 열린 ‘투자신고식’ 행사에서 플러그파워와 이 같은 내용의 합작투자 계획을 발표했다. 이 같은 합작투자는 수소 분야에서 이뤄지는 한·미 기업 간 대표적 비즈니스 협력 모델로 평가받는다. 국내에 수소설비 생산기지 ‘기가팩토리’ 구축하는데, 기가팩토리는 차량용·발전용 수소연료전지와 수전해설비 등을 대량 생산할 수 있는 ‘수소 핵심설비 생산기지’로 2025년부터 순차적으로 제품 양산을 본격화해 국내 및 아시아 시장에 공급한다. 이 곳에서 생산되는 수소연료전지와 수전해설비에는 플러그의 핵심기술이 적용돼 수소 분야 첨단기술의 국산화도 가능해질 전망이다.

시사점

미국 정부는 수소 생산·수송·활용 등 수소 산업 생태계 전반을 육성하기 위한 정책을 적극 지원하고 있다. 인플레이션 감축법(IRA)에는 수소 생산량 1kg당 3달러의 세액 공제를 해주고