전 세계 수소도시를 미리 만나다

[에너지신문] 지구온난화, 미세먼지 등 이상기후 발생은 미래가 아닌 현실이 됐다. 전 세계의 중요한 이슈로 ‘친환경’이 떠오르면서 신재생에너지 개발은 이제 선택이 아닌 필수가 되고 있다. 

전 세계는 선진국 선도하에 글로벌 에너지전환을 본격적으로 진행하고 있다. 석탄과 원전 등의 비중을 줄이면서 천연가스, 신재생에너지 등을 확대하는 방향으로 바뀌고 있다.

그리고 최근에는 미래를 책임질 새로운 에너지원 중 유력한 대체재으로 ‘수소’가 새롭게 조명되고 있다. 에너지 문제와 환경 문제를 동시에 해결할 수 있는 저탄소 청정에너지원이기 때문이다.

2017년 다보스포럼에서 수소위원회를 신설하며 전 세계가 탄소경제에서 ‘수소경제’ 시대로 흘러가고 있음을 보여줬다. 맥킨지 분석 자료에 따르면 우리나라는 수소사회 전환 가능성을 분석한 결과, 수소산업 및 시장 선도 가능성이 높은 것으로 나타났다. 수소산업이 적합하다는 의미다. 수소도시 성공을 위해서는 여러 나라에서 시행 중인 ‘수소도시 로드맵’을 철저히 분석할 필요가 있다.

현재 덴마크를 비롯해 일본, 네덜란드, 호주 등 세계 여러 나라에서는 수소사회로 가기 위한 첫걸음을 내디뎠다. 이들의 꿈꾸는 수소도시의 청사진을 미리 만나보자. 

▶▶▶ 덴마크 롤란드 섬, 신재생에너지 집합소로 통한다 
덴마크 롤란드섬은 전체인구 5만명이 사용하고도 남는 잉여전력을 독일, 스웨덴 등 인근국가로 수출하고 있을 만큼 ‘신재생에너지 집합소’로 불린다. 롤란드섬은 잉여전력을 저렴한 가격에 수출하는 대신 저장하는 방안을 모색하던 중 풍력발전을 수소연료전지와 연동하는 프로그램을 추진하게 됐다.

태양열 및 풍력 발전으로 생산된 잉여전력으로 전기분해를 통해 물을 수소와 산소로 분해시켜 이들을 별도로 저장하고, 저장된 수소와 산소를 연료전지를 통해 반응시켜 전기와 열을 생산하여 공급하도록 한 것이다.

덴마크는 롤란드 섬의 Vestenskov 마을의 각 가정에 연료전지모듈을 설치, 각 가정에 수소공급망을 배치했다. 세계 최초의 수소연료전지 마을로 만들겠다는 계획을 실현 중이다. 이 프로젝트는 2008년 덴마크 최고 환경프로젝트로 지정된 바 있다.

우선 각 가정에 연료전지모듈(마이크로 수소연료 열병합발전소)과 수소공급망을 설치했고, 천연가스와 동일한 공급방식을 선택했다. 즉, 수소가 각 가정에 공급되기 전에 탱크에 저장되며, 파이프를 통해 공급하는 방식이다.

2008년 첫 가정에 수소공급망에 연결된 이래 2009년 5가구가 연결됐고, 2010년에는 35가구로 확장할 만큼 지속적으로 성장하고 있다. 가정에 설치된 연료전지는 냉장고 크기에 2kW 용량으로 전기생산에는 약 40%, 전기 및 열 병합 생산에는 80% 효율을 보였다. 

덴마크 정부는 처음 이 도시프로젝트에 1600만 크로네(약 300만 달러)를 투자했고, 계속해서 확대하고 있다. 덴마크는 이 프로젝트를 통해 관련 기술개발 및 노하우를 축적하고, 다른 프로젝트의 근거와 기초를 만들어 신재생에너지사업과 함께 시너지효과를 창출할 것을 기대하고 있다.

무엇보다 소비자들이 수소연료전지를 직접 활용하면서 수소기술에 대한 불안감 및 편견을 제거하고, 수소시설에 대한 지속적인 모니터링, 지역 주민과의 소통, 수소에너지 교육 등을 우리에게도 좋은 본보기가 될 수 있다. 

▶▶▶ 일본, 정부 주도하에 구축된 수소도시 
일본 수소도시의 특징은 정부차원에서 로드맵을 구축하고 직접 도시에 인프라를 구축하는 등 적극 지원하고 있다는 점이다. 지난 20여 년간 로드맵에 따라 연료전기 기술개발, 다양한 실증사업을 통해 수소사회를 준비해온 것이다.

일본의 계획은 직접 도시에 수소 인프라를 구축해 수소도시를 형상화하는 것이다. 키타큐슈 수소타운, 고베수소 스마트시티, 환경성 수소사회 등 다양한 시나리오를 세워 추진하고 있다.
키타큐슈 수소타운은 키타큐슈 시 시가지를 통과하는 파이프라인을 조성해 수소에너지모델 도시를 구축한다는 계획으로, 20101년 1월 실증적 실험을 진행했다. 파이프라인을 통해 일반가정과 상업시설, 공공시설에 수소를 공급하는 방식으로, 수소의 편리성과 안전성 등을 시민들이 직접 느끼도록 한 것이다.

고베 시는 시가지 내 수소 가스터빈을 이요해 전기, 열에너지를 주변 공공시설에 공급하는 수소 CGS(Co-Generation System)을 활용하는 실증사업이었다. 가스터빈의 발전효율이 30%로 다소 낮지만, 저렴한 발전비용과 터빈이 커질수록 효율성이 높아져 대량생산이 가능하단 점을 적극 활용했다.

일본 환경성은 다양한 지역에서 저탄소 수소공급 사슬을 건설해 일본에 ‘진정한 수소도시’를 구현하겠다는 야심을 보였다. 8개 지역에 각각 수소사회 모델을 추진해 이를 하나로 통합하는 대규모 수소도시로 확장하겠다는 계획이다. 

일본은 2013년 12월 발표된 에너지기본계획 개정안에서 2020년 도쿄올림픽을 계기로 수소사회 진입이라고 처음 명시화하며 ‘수소도시’에 대한 자신감을 내비쳤다.

▶▶▶ ‘수전해, 천연가스’ 기존 시설을 활용한 수소도시
유럽의 대표적인 수소도시 구축에 나선 국가들은 호주, 네덜란드, 영국 등이 있다. 이들의 공통점은 기존 시설을 철저히 활용해 실현가능성이 있는지 철저한 타당성 조사를 토대로 프로젝트를 시행한다는 점이다. 이들은 수소도시가 ‘지속가능한 산업’이라는 믿음 위에 도시를 건설하고 있다.

호주는 2017년 9월, 연방 과학산업 연구기구(CSIRO)를 통해 기술개발부터 수소의 생산·판매를 위한 가격경쟁력 등을 포함한 수소로드맵을 발표했다. 1억 5000만달러 규모의 신재생 기술기금을 활용하고, 2020년 수소생산, 2040년 수백억 달러 규모의 수출산업으로 육성하겠다는 목표로 추진된 사업이다.

이 로드맵의 목표는 지속 가능한 경제 산업을 제공하는 것이다. 호주는 갈탄에서 추출한 수소를 액화해 일본에 수출하는 실증사업을 시작으로, 여기서 생산한 수소를 중국, 싱가포르, 한국에 판매한다는 계획을 갖고 있다.

호주의 수소도시 프로젝트는 국가 수소로드맵에 따라 수소도시 조성을 위한 타당성 조사가 추진 중이다. 이 사업은 수소도시 지정 타당성 조사 수행 및 시범도시 지정 사업 착수 등 수소사용 시연, 주거용 설비의 공동설치 계획 등 순조롭게 도시의 형태를 갖춰가고 있다.

네덜란드의 수소도시는 첫 번째 수전해 활용 수소생산 프로젝트라는 점에서 의미가 있다. 1만2500개의 태양광 패널을 설치해 1MW 용량의 태양광 에너지를 활용, 수소를 연 27만톤 생산해 사용한다는 계획이다. 네덜란드는 향후 해상풍력발전과 천연가스 개질 등 2050년까지 수소대량 생산을 통해 kg당 2~3 유로의 수소에너지를 생산, 가격 경쟁력을 확보한다는 방침이다.

네덜란드는 유럽 내 2위 수소에너지 생산국을 목표로 북부지역 중심으로 친환경 수소 경제도시를 구축한다는 포부다.    

영국 역시 리즈 시를 2030년까지 기존 천연가스 배관을 활용해 수소를 공급하는 세계 최초의 수소도시로 전환하는 리즈 시티 게이트 프로젝트(Leeds City Gate Project)를 추진 중이다. 영국 정부는 2016년 7월 기존 천연가스를 100% 수소로 전환하기 위한 기술적, 경제적 관점의 타당성 검토를 시작했다.