연료전지 발전단가 - yeonlyojeonji baljeondanga

15일 오후 국회서 수소연료전지 토론회 개최
SK에코 “수소연료전지, 간헐성 큰 재생에너지 보완···도심 내 분산전원 역할도”

15일 오후 국회 제8간담회에서 열린 ‘에너지패러다임의 전환 연료전지’ 토론회에서 참석자들이 단체사진을 찍고 있다. /사진=서지민 기자

[시사저널e=서지민 기자] 수소연료전지 사업의 경제성 확보를 위해서는 기술개발을 통해 발전효율을 높이고 발전단가를 낮추는 방안이 관건이 될 것이라는 주장이 나왔다.

15일 오후 국회에서 양정숙 무소속 의원실 주최, 한국수력원자력(한수원) 주관으로 ‘에너지패러다임의 전환 연료전지’ 토론회가 열렸다. 이날 토론회에선 미래 에너지원으로서의 수소 산업을 조명하며 수소연료전지 사업의 성장을 위한 방안 등이 논의됐다.

수소연료전지란 수소를 연료로 해서 전기를 생산해내는 장치다. 석탄이나 LNG 발전의 경우 연료 연소를 통해 에너지를 만들어 내면서 이산화탄소 발생량이 많았다. 그러나 수소연료전지는 화학작용으로 발전하기 때문에 이산화탄소가 배출되지 않아 태양광·풍력 등 재생에너지와 함께 친환경 에너지원으로 분류된다. 게다가 재생에너지의 간헐성이란 한계를 보완해줄 수 있어 미래 에너지원으로도 주목받고 있다.

이날 장필호 한수원 신사업본부장은 “국내 발전용 수소연료전지 발전량은 2018년 307MW에서 올해 1.5GW급으로 빠르게 성장 중이다. 현재 전국 76개소에서 수소연료전지 발전을 하고 있고, 18개소는 건설 중”이라며 “수소연료전지는 기술적 난이도가 높아 소수의 기업들만이 할 수 있다. 국내 주요 기업은 두산퓨얼셀이나 블룸SK퓨얼셀 등”이라고 설명했다.

수소 사업이 경제성을 확보하기 위해선 발전 효율을 높이는 것이 관건으로 꼽혔다. 현재 수소연료전지는 발전 효율이 40~50% 수준이다. 발전효율이 너무 낮아 경제성을 확보하기 어렵다는 것이다.

장 본부장은 “발전용 연료전지 시스템의 제작운영기술은 세계 최고 수준이나 소재부품기술은 수입 의존도가 높아 경제성이 부족하다. 기술고도화를 통해 효율 높여야한다. 실제로 경제성이 있기 위해서는 95% 수준으로 나와 줘야 한다”고 밝혔다.

윤성필 KIST 수소·연료전지연구센터 책임연구원도 “EU 택소노미(EU가 2050년 탄소중립을 위해 지속가능한 경제활동의 범위를 정한 제도)에 천연가스를 활용한 발전이 포함되면서 수소에너지도 가능해졌다. 다만 전력 1kWh를 생산할 때 나오는 온실가스가 270g 미만이어야 한다. 이를 위해서는 발전효율이 74% 이상 나와야 한다. 이정도로 고효율화를 할 수 있느냐가 관건”이라고 설명했다.

15일 오후 국회 제8간담회에서 열린 ‘에너지패러다임의 전환 연료전지’ 토론회에 참석한 제후석 두산퓨얼셀 부사장(맨 오른쪽)이 발언하고 있다. /사진=서지민 기자

수소연료전지 사업을 하고 있는 기업들은 발전단가를 낮추기 위해서 일정 규모 이상의 시장이 형성돼야 한다고 강조했다. 기업들의 시장경쟁을 통해 활발한 기술개발을 유도해야 한다는 것이다.

이날 토론자로 참석한 제후석 두산퓨얼셀 부사장은 “석탄화력의 발전단가는 과거와 비교했을 때 매우 떨어졌다. 석탄화력 발전 물량을 확보해주니까, 여러 기업들이 물량을 차지하기 위해 경쟁을 한 결과”라며 “수소도 400~500MW 규모의 발전량이 안정적으로 쓰이는 곳이 있다면 10년 안에 발전단가가 130원대가 떨어질 수 있다고 생각한다”고 전했다.

배성준 SK에코플랜트 에너지전략 담당은 “규모의 경제를 달성할 수 있는 발전물량을 확보하는 것이 가장 중요하다. 규모의 경제를 실현할 수 있으면 발전단가를 떨어뜨리는 것으로 보고 있다”고 말했다.

수소연료전지 산업은 전력계통에서 재생에너지를 보완하는 수준에서 시장이 형성될 것으로 보인다. 또 미래 분산전력 시장도 수소연료전지의 주요 수요처가 될 전망이다.

배 담당은 “미래 전력계통을 어떻게 구성할지 정부가 많이 고민하고 있는 것으로 안다. 계통안전성이 떨어지는 신재생에너지가 일정 비중을 차지하는 만큼 수소연료전지가 보완할 수 이을 것”이라며 “또 건물에 붙어서 안정적으로 전기를 낼 수 있는 건 수소연료전지밖에 없다. 병원 등 24시간 전력이 필요한 곳에서 수소연료전지의 가치가 빛날 수 있을 것으로 본다”고 내다봤다.

서지민 기자

게티이미지 뱅크

탄소중립위원회(탄중위)가 18일 연료전지 발전 비중을 최대 10.1%로 잡은 ‘2050 탄소중립 시나리오’ 최종안을 의결한 가운데 여당 내에서 연료전지 발전을 재고해야 한다는 주장이 나와 주목된다. 일부 전문가들은 산업이나 수송용이 아닌 발전용 연료전지 시설 투자는 탄소중립을 향해 가는 과정에 석탄 발전시설과 같은 좌초자산이 될 수 있다고 우려하고 있다.

더불어민주당 양이원영 의원은 19일 “수소 연료전지 발전이 온실가스를 배출하지 않는 청정에너지로 잘못 알려져 있다. 국내 연료전지 발전소 현황을 조사한 결과 연료전지 발전은 환경성과 경제성에서 문제가 심각한 것으로 나타났다”고 주장했다. 양이원영 의원은 특히 “그레이 수소 연료전지 발전사업은 온실가스 배출은 물론 경제성도 떨어진다”며 정부에 “그린 수소 생산기반이 마련될 때까지 해당사업은 전면 재검토 할 것”을 요구했다. 그린 수소는 태양광이나 풍력 등 재생에너지로 생산한 전기로 물을 전기분해해 생산한 수소, 그레이 수소는 천연가스를 고온·고압 수증기와 반응시키는 개질수소와 석유화학 공정에서 부산물로 나오는 부생수소를 말한다.

연료전지 발전의 환경성과 경제성은 연료인 수소를 어떻게 조달하느냐와 직결된다. 양이원영 의원이 산업통상자원부 전기위원회에서 받은 자료를 보면 현재 국내에서 가동 중인 3메가와트(MW) 초과 연료전지 발전소 27개 가운데 재생에너지에 기반한 그린 수소를 사용하는 곳은 한 곳도 없다. 발전사업 허가를 받고 사업을 준비 중인 나머지 3MW 초과 연료전지 발전소 169개도 마찬가지다.

양이원영 의원이 발전사들로부터 받은 자료를 분석해보니 천연가스(LNG)를 개질해 만든 그레이 수소 연료전지 발전 과정에서 배출되는 온실가스는 킬로와트시(㎾h)당 548g으로, 엘엔지 발전의 온실가스 배출량 389g/㎾h보다 1.4배나 많은 것으로 나타났다. 이에 따라 설비용량 3MW 이하 소규모 연료전지 발전소까지 포함해 모두 77개의 국내 연료전지 발전소에서 2020년 배출된 온실가스는 모두 190만톤이었다. 만약 발전사업 허가가 나간 169개 연료전지 발전소가 모두 설치돼 가동된다면 온실가스 배출량은 연간 1600만톤에 이를 것으로 추산됐다.

연료전지 발전의 비경제성도 확인됐다. 한국남동발전을 비롯한 국내 5개 발전사가 양이원영 의원에서 제출한 자료에 따르면, 2020년 연료전지 발전단가는 kWh당 200.2원이었다. 132.7원/kWh인 천연가스보다 67.5원, 1.5배 비쌌다. 지난해 연료전지 연간 발전량 3480기가와트시(GWh)를 모두 엘엔지 발전으로 돌렸다면 온실가스 배출을 줄이면서도 발전비용을 2천억원 이상 절감할 수 있었다는 계산이 나온다.

양이원영 의원은 “수소경제 활성화 로드맵에 따라 2040년 확충되는 연료전지 발전 설비가 무려 8GW에 달한다”며 “이 발전 설비를 모두 그레이 수소로 가동하면 국내 온실가스는 무려 2500만 톤이나 배출된다. 이런 식의 연료전지 발전은 탄소중립과 기후변화 대응에도 오히려 후퇴되는 측면이 큰만큼 그린 수소 생산기이 마련될 때까지 해당 사업은 전면 재검토 돼야 한다”고 주장했다.

다수의 에너지 전문가들도 같은 이유로 연료전지 발전 확대 시나리오에 우려를 나타내고 있다. 석광훈 에너지전환포럼 전문위원은 “연료전지는 당분간 10년 정도는 천연가스 개질 수소를 써야하는데 그렇게 하면 온실가스가 더 많이 나온다”며 “해외에서는 연료전지를 발전용으로 추진하는 사례가 없는데 국내에서만 일부 업체와 산업부가 강하게 드라이브 걸고 있다”고 우려를 나타냈다. 김선교 한국과학기술평가연구원 부연구위원도 “(연료전지를 늘린다는 시나리오를 볼 때) 한국이 타 국가보다 정책적으로 앞선다는 효과가 있을 것으로 보이나 가격이 비싸고 미래가 불확실하다”며 부정적인 견해를 밝혔다.

그레이 수소를 사용하든 그린 수소를 사용하든 연료전지를 이용한 발전은 전력망의 변동성에 빠르게 대응하기 어려운 경직성 전원이라는 점에서 재생에너지 비중이 늘어나는 탄소중립 상황에 근본적으로 맞지 않다는 주장도 나온다. 전력계통 전문가인 전영환 홍익대 전자전기공학부 교수는 “온실가스 감축을 위해 재생에너지 설비를 늘리다보면 재생에너지 출력을 제한해야 하는 상황에 자주 직면할 수 밖에 없고, 이런 상황에서는 연료비가 들어가는 연료전지부터 세울 수 밖에 없다. 또 기본적으로 순간적인 출력 증가와 감소가 어려운 특성 때문에 변동성 재생에너지가 주력 전원이 된 탄소중립이 달성된 상황에서도 경제성을 갖기 어렵다”며 “발전용 연료전지 투자는 결국 좌초자산이 될 수밖에 없을 것”이라고 말했다.

독일 에너지 정책 싱크탱크 ‘아고라 에네르기벤데’의 염광희 선임연구원도 “온실가스 감축에 도움이 되는 그린수소의 생산 비용이 높기 때문에 유럽에서는 연료전지를 발전용으로 활용하는 것은 고려치 않고, 탈탄소 기술로서 그린수소 외의 해법이 없는 철강과 화학산업 공정에서만 최우선적으로 고려하고 있다”고 말했다.

김정수 최우리 기자