독일의 수소 인프라는 어떤 상황인가?

수소는 현재 정치권과 경제 분야에서 가장 뜨거운 주제 가운데 하나이다. 이런 떠들썩한 구상이 현실이 되려면 인프라가 구축되어 있어야 한다. 우선 공급이 이루어지고 생산 시설이 작동하여 수요가 발생하기까지 거쳐야 할 여러 가지 과제들이 있다.

게리 훅(Gary Huck)

핵심 내용

  • 독일에서 수소를 에너지 운반체나 원료로 사용할 수 있는지는 생산과 공급 그리고 수요 등 3가지에 달려 있다.
  • 단일 공급 솔루션은 없으며, 필요에 따라 운송 수단이 결정된다.
  • 에너지 전환과 그에 따른 수소 인프라는 초국가적으로 고려해야 한다.

그린 수소는 철강 생산을 탈탄소화하고 운송을 환경친화적으로 만들어 에너지 산업에 혁명을 일으키고자 한다. 이론적으로는 모두 가능하다. 이렇게 하려면 수소 가스를 사용할 수 있어야 한다. 하지만 현재 그린 수소는 매우 제한적으로만 사용할 수 있다. 그린 수소를 전문으로 하는 Hypion GmbH의 개발 책임자인 슈테판 렘의 설명이다. “하이데 지역의 시멘트 공장을 탈탄소화하는 데 필요한 그린 수소의 전기분해 용량은 계산하였습니다, 결과는 약 700 메가와트였습니다. 현재 계획 단계에 있는 전기분해 용량은 10~50 메가와트입니다.” 수소 인프라에 대한 모든 논의는 투명한 수정 구슬을 들여다보는 것과 유사하다. 2021년 말 기준으로 현재 많은 시나리오가 가능하다. 그럼에도 불구하고 “수소 인프라에 대한 많은 조사를 실시하였고, 향후 몇 년 동안 인프라가 어떻게 발전할 수 있는지에 대한 평가를 제공하고자 합니다.”(슈테판 렘)

수소 인프라의 세 가지 기둥

수소 인프라는 수요와 생산 그리고 공급 등 세 가지 기둥을 기반으로 한다. 이상적으로는 이 세 기둥은 모두 같은 속도로 성장하고 전체 구조가 균형을 유지해야 한다. 하지만 적어도 초기에는 기대처럼 되지 않을 것이다.

공급 측면을 예로 들어보자. 독일은 현재 일정 수준의 공급망이 갖춰져 있다. 수소는 새로운 원료가 아니다. 수소는 오래전부터 제조 산업의 여러 응용 분야에서 사용하고 있어, 이미 도로 또는 철도를 통한 파이프라인과 운송 체인이 연결되어 있다. 또한 독일은 90개 이상의 공공 수소 충전소가 있으며, 운송 부문에 대해 공급 능력도 우수하다. 하지만 이러한 수소 전략에 부응하려면, 시스템이 계속 성장하고 적응해야 한다. 수소 전용으로 설계된 약 1,300km의 파이프라인 배관을 개통할 예정이며, 기존의 네트워크 일부는 다른 가스와 혼합하여 수소도 수송하도록 조정할 수 있다. Linde의 수소 솔루션 책임자인 마르쿠스 바하마이어에 따르면 기존 파이프라인을 개조하지 않고도 5~20%의 수소를 파이프라인에 추가할 수 있다고 하였다.

철도 또한 수소 인프라의 중요한 운반수단이 될 수 있다. 이에 대한 전제 조건은 이미 충분한다. 많은 공장이 철도와 연결되어 있으며, 액체와 기체 수소 모두 탱크 로리를 이용하여 화물 열차로 운반할 수 있다. 물론 트럭으로 운송 가능하지만 트럭은 용량이 작은 편이다. 또한 수소를 직접 생산할 수도 있다. “1메가와트 용량의 전기분해 시스템으로 하루에 400kg 이상의 수소를 생산할 수 있습니다. 이는 수백 대의 산업용 트럭을 운영하기에 충분한 양입니다.”(마르쿠스 바하마이어)

어떤 공급 솔루션이 어느 곳에 적용되는지는 필요에 따라 결정할 수 있다. 수 천 톤의 수소를 필요로 하는 대형 제철소는 파이프라인 연결이 필수적이다. 연료 전지 구동장치를 장착한 운반 수단을 사용하는 배달 서비스의 경우, 한 달에 한 대의 탱크 트럭이면 회사의 수소 충전소를 가득 채울 수 있다. 연료 전지 지게차 10대를 운영하는 물류업체는 자체 소형 전해조로 운영할 수 있다. 정치인들이 계획하는 만큼 수소가 실제로 광범위하게 사용된다면, 다른 수송 개념이 필연적으로 확장되어야 할 것이다.

철도는 이미 수소의 중요한 운송 수단이 되고 있다.

수요와 공급 조정

수요 또한 수소 인프라의 기반이 되는 또 다른 기둥이다. 과거의 경험으로 볼 때 공급과 수요가 상호 의존적일 필요는 없다. 앞서 언급했듯이 독일에는 이미 90개 이상의 공공 수소 충전소가 설치되어 있다. ‘슈피겔’지에 따르면 독일은 2020년 현재, 507여 대의 수소 자동차가 등록되어 있다. 주유소 인프라를 사용하면 더 많은 차량을 수용할 수 있다. 하지만 현재 주요 독일 OEM 가운데 어느 업체도 연료 전지 자동차를 생산하지 않고 있다. 이제 정치권과 기업은 수요와 공급 간의 큰 격차가 오래 지속되지 않도록 해야 한다.

따라서 운송 부문에서 시작하여 중공업으로 확장할 가치가 있다. “산업 플랜트 건설 시간은 비교적 긴 편에 속합니다. 이러한 플랜트에 그린 수소의 수요는 높습니다. 또한 전기분해는 충분한 재생 전기가 필요합니다. 이동성 솔루션에 대한 수소 요건이 훨씬 낮기 때문에 구현하기 용이합니다.”(슈테판 렘)

세 번째 기둥은 바로 생산이다. 수소 생산은 골치 아픈 일이 아니다. 이미 증기 개질 및 전기분해와 같은 공정은 수십 년 동안 사용되어 왔다. 문제는 양과 에너지이다. 현재의 독일과 유럽의 전기분해 용량은 배가되어야 한다. 하지만 재생 에너지는 어디에서 얻어야 하는가? 석탄 기반 전력과 원자력 에너지를 없애야 하기 때문에 앞으로 재생 에너지가 그 부분을 차지해야 한다. 전해조를 작동하기 위해 수천 메가와트를 추가로 생성하는 경우, 한계에 도달할 수 있다. 산업체들이 클러스터로 모여 서로를 위한 수소 인프라를 구축하는 것처럼 국가도 이에 협력해야 한다. 그리고 파이프라인 네트워크를 함께 구축하거나 재생 전기에 대한 수출입 계약을 체결해야 한다. 에너지 전환은 세계적인 이슈이고, 수소는 이미 글로벌 솔루션이 되었다.