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정부 수소 도시 2022년까지 3곳 조성수소 도시의 시대가 도래하다 수소, 건강하고 깨끗한 도시 만든다

정부가 수소를 냉·난방과 전기, 교통 등 주요 기능의 연료로 사용하는 수소도시를 2022년까지 3곳 조성하기로 했다. 이 계획안에 따르면, 정부는 수소 도시를 한 도시 안에서 수소 생산·저장·이송·활용이 모두 이뤄져 ‘수소 생태계를 갖춘 곳’으로 정의했다. 수소를 주(主) 에너지원으로 활용해 건강하고 깨끗한 생활을 시민이 체감할 수 있는 도시를 의미한다. 


수소도시, 탈 탄소와 미세먼지 문제 해결까지
수소도시에 대한 명확한 개념은 아직까지 정립되지 못한 상황이나, 일반적으로 화석연료 기반의 산업구조, 혹은 사회 구조를 수소에너지를 기반으로 변화시킨 도시라고 크게 정의할 수 있으며, 도시 내 활용 에너지 및 인프라 변혁이라는 개념으로 이해할 수 있다. 이러한 개념에 따라 도시 사용 에너지원의 일부 혹은 전부를 수소에너지로 대체함으로써 탈 탄소와 미세먼지 문제 해결 등이 가능한 도시로 정립이 될 수 있다. 하지만 현재는 큰 틀에서 수소연료전지를 기반으로 하는 수소에너지 교통을 중심으로 이루어지고 있다. 하지만 그래도 장기적인 관점에서 보여주는 방향으로 수소도시를 정의하는 것이 바람직할 것이다.
지난해 9월 발표된 DNV GL의 ‘에너지전환 전망’ 보고서1)에 따르면 2050년까지 재생에너지에 지출되는 투자액은 3배 늘어날 것으로 전망된다. 그러나 태양에너지로 대표되는 신재생에너지는 국가의 환경적인 요인에 의해 크게 좌우된다는 점과 비록 현재는 일부 국가에서 경제성을 갖춘 것으로 발표되었지만, 대부분의 국가에서 경제적인 문제로 인하여 실용적인 면이 떨어진다. 또한 대부분의 신재생에너지가 단지 전력 형태로만 발생되기 때문에 에너지 저장면에서 효율성이 크게 떨어질 수 밖에 없어 화석연료의 보조적인 수단으로 활용될 수 밖에 없다. 최근 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 에너지 원으로서 수소가 새롭게 조명되고 있다. 


수소는 이미 1977년 IEA에서 탈석유시대를 위해 다양한 프로젝트를 추진한바 있으며, 미국의 주도로 수소 경제 진입을 위한 국가 비전을 내걸고, 2003년에 정부간의 국제 조직인 IPHE2를 출범시키는 등, 수소 관련 기술개발 프로그램을 조직적으로 추진하였으며, 2017년 1월 다보스 포럼에서 13개사가 참여하여 2030년까지 교통연료로서 수소를 100% 대체할 것을 목표로 수소위원회(Hydrogen Council)가 추진되었다.(www.hydrogencouncil.com) 
이 외에도 2050년까지 에너지 요구량의 18%를 수소로 대체하는 등의 비전을 제시하였지만, 수소위원회는 기본적인 정책 방향이 교통에 초점이 맞추어져 있어 현재 가장 활발한 수소연료전지를 기반으로 수소자동차 개발에 집중하고 있다. 현재 대부분의 수소경제를 기반으로 하는 수소도시는 수소스테이션과 수소자동차를 중심으로 계획되고 있는데, 이는 수소 활용에 대한 범위가 불명확하고, 경제성 확보가 어렵기 때문이라 할 수 있다. 
수소도시에 대한 대표적인 사례는 일본, 미국, 유럽이라 할 수 있다. 일본은 4차 에너지 기본 프로그램 중 JHFC 프로젝트와 수소 고속도로 프로젝트를 토대로 수소도시를 진행 하였으며, 최종적으로 기타 큐슈에 수소 타운을 실증한 바 있다. 미국은 캘리포니아에 수소 스테이션을 구축, 유럽은 다양한 신재생에너지와 수소 생산의 결합을 통해 구현하는 것을 목적으로 추진한 바 있다. 

수소 생산방식
현재 수소는 천연가스, 석탄 등의 열 분해와 물 분해 방식으로 생산되고 있으며, 전체 수소생산의 96%가 화석연료를 이용하여 생산된다.(Hydrogen from Renewable Power, IRENA). 현재 기술 수준에서 천연가스 개질과 석탄의 열 분해 등은 2.27~3.14 달러/kg 내외의 경제성을 갖추고 있으며, 물의 전기분해에 의한 수소 생산이 4.75~7.43 달러/kg으로 약 3배까지 높은 생산단가를 나타내는 것으로 알려졌다. 현재 많은 국가에서 수소 생산단가를 낮추기 위한 연구개발 중에 있으며, 그 중에서도 네덜란드는 2030년까지 1~1.5 /kg(1.14~1.71 달러/kg)을 목표로 하고 있다.(Developing the Hydorgen Economy 2018) 
화석연료로부터 수소를 생산할 때 단점은 개질을 통한 생산 시 Co2 가 필연적으로 발생되기 때문에 온실가스 저감이라는 의미가 퇴색될 수 밖에 없다는 것이다. 따라서 청정연료로서 의미를 가지기 위해 반드시 물의 전기분해에 의한 수소 생산이 되어야 하지만, 이 또한 전기가 필요하므로 전기 발생의 소스에 따라서 수소의 성격이 결정된다고 할 수 있다. 이 모든 것을 고려할 때 신재생에너지를 이용하는 것은 장기적인 관점에서 필연적이라 할 수 있다. 

냉난방·교통·전기 모두 수소로
국토부에서는 2018년 12월 단순한 수소교통 설비 구축에서 벗어나 수소에너지를 기반으로 하는 도시 구축을 위한 본격 기획에 착수하였다. 이 기획에서의 수소도시는 한국적 특징을 잘 나타낼 수 있도록 ICT 기술과 수소도시를 융합하고, 구축된 도시가 지속가능할 수 있도록 수소 생태계를 구축하는 방향으로 계획하고 있다. 먼저 ICT 활용을 통한 도시 내 스마트 에너지 시티 개념을 도입할 계획이다. 공급자(생산, 이송 및 저장업체)와 사용자(일반가정, 공공건물 등)를 양방향으로 연계하여 공급과 수요를 조절하는 빅데이터 기반의 컨트롤 타워를 구축하고, 도시내 수소에너지 흐름에 대한 ICT적 기술연계를 바탕으로 수소 생태계 및 전주기 관리를 위한 수소도시내 구성요소간 전 방향 연계/관리 역할을 부여한다. 이를 통해 최종적으로 수소 사용에 따른 보조금 정책 및 가치사슬 창출을 위한 블록체인 구성을 위한 기반 자료로서 활용할 수 있는 DB를 구축한다. 
두 번째는 수소 생태계 구축이다. 생산자, 공급자, 사용자 간 수소에너지 네트워크를 통해 도시 내 수소 및 관련 에너지의 순환고리를 구축하고 관련 수소에너지 가치를 수치화함으로써 시장창출의 기반을 마련한다. 

세 번째는 리빙랩 및 수소도시 모델 구축이다. 수소 생태계의 구현을 위한 방법론적인 체계구축모델로서 다양한 수소활용 모델을 개발한다. 복합 수소스테이션을 중심으로 수요자 중심의 수소에너지 사용을 위한 탄소저감/Co2 FREE 등의 복지 도시 모델, 열과 전기의 2가지 에너지로서 수소에너지 흐름을 블록체인화하고, 수요자의 니즈를 ICT적 기술에 의해 데이터 기반으로 충족하는 시스템적 체계를 구축한다.
네 번째는 수소 네트워크 구축이다. 수소의 생산공정, 공급을 위한 관망, 이송 수단, 복합스테이션 발전 등 공급을 위한 관망 체계 구축과 에너지 하이브리드 체계를 구축한다. 또 해외의 저가 전력을 활용한 수소 생산과 국내 수소 거점 도시간 이송망(수소 선박 등)을 구축하고 도시 자체를 수소 물류도시화 모델로 구축함으로서 국내 수소네트워크 망을 연계한다. 
마지막으로 수소에너지 사용량 목표를 정한다. 도시 내 사용 에너지의 일정 수준이상 수소에너지를 사용함으로써 수소도시 이미지를 구축하는 전략을 추진한다. 크게 일반 수요자와 수소교통으로 구분될 수 있으며, 일반 수요자는 주택단지 등 기 구축된 도시가스와 혼합사용량 20% 이상을 목표로 하고 복합발전량의 20% 이상을 수소에너지로 대체하는 것을 목표로 추진한다. 

깨끗하고 건강한 수소 시범도시 구축
국토부는 도시 내 3∼10㎦ 면적을 주거·교통 분야 수소 활용 기술을 테스트할 ‘수소 시범도시’로 지정하는데, 지방자치단체로부터 받은 사업 계획을 토대로 공정한 평가를 거쳐  12월 중 3곳을 최종 선정할 계획이다. 계획의 타당성, 실현 가능성, 향후 수소 정책 추진 의지 등이 주요 선정 기준이 된다.
국토부는 선정 지역 1곳당 최대 290억원(총사업비의 50%) 이내 사업비를 국비로 지원할 계획이다. 수소 친화 도시계획(MP) 수립비와 연료전지·파이프라인·수소 통합운영센터 등 핵심인프라 구축비 등이 지원 대상이다. 이 사업비를 바탕으로 수소 시범도시에는 수소를 에너지원으로 삼는 공동주택(연료전지 440㎾급 설치), 상업빌딩(100㎾급), 통합운영플랫폼(센터), 수소 배관, 도시가스 추출기 등이 들어선다. 시범도시의 공동주택 단지, 개별 건축물은 수소를 냉·난방, 전기 등 에너지원으로 사용한다. 연료전지에 충전한 수소와 공기 중 산소가 반응할 때 나오는 화학 에너지를 전기로 바꿔 활용하는 방식이다. 
국토부는 이들 수소 시범도시의 조성 완료 시점을 2022년께로 예상하고 있다. 국토부 관계자는 “수소 시범도시 추진으로 도시내 수소 생태계가 조성되면 주민들이 편리하게 수소를 활용할 수 있고, 수소 경제도 활성화될 것”이라며 “안전 우려를 불식하기 위해 안전을 최우선으로 고려해 시범도시를 조성하겠다”고 밝혔다.                       

김근혜 기자  jineui@naver.com

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