2050년 에너지 수요 감소 ‘탈동조화(Decoupling)’ 가속화

[에너지신문] 1864년 설립된 DNV는 글로벌 품질보증 및 위기관리 분야 전문회사로서 조선·해양, 석유·가스, 전력 및 신재생에너지 사업부문에서의 기술보증, 선박등급 판정, 전문가 자문 서비스 및 소프트웨어 등을 제공하고 있다.

2017년부터 매년 9월, 글로벌 에너지 전환 전망(Energy Transition Outlook) 보고서를 발간해 오고 있으며 1980년부터 2050년까지의 글로벌 에너지 산업 및 추세 등을 전망하고 있다.

에너지원 및 용도별로 전 세계를 10개의 지역으로 나누고, 시나리오 기준이 아닌 단일모델을 기준으로 2050년까지 세계인구가 94억명 정도로 증가하고, 세계 연평균 경제성장률은 2.4%로 가정했다.

특히 이번 기고에서는 DNV에서 2021년 9월에 발간한 ‘Energy Transition Outlook 2021’ 보고서와 지난 6월 14일 발표한 ‘Hydrogen Forecast To 2050’보고서의 내용 중 핵심사항을 간략히 기술했다.

코로나19가 에너지 전환에 미친 영향
2019년 12월 중국 후베이성 우한시에서 처음 발견된 코로나19로 인해 2021년 8월 기준으로 전 세계의 각국 정부와 관련 기관에서 약 20조달러를 지출했다.

이는 미래의 경제발전과 지구환경 보존을 위한 녹색에너지 기술 향상을 위한 것이 아니라 민생안정과 경제회복을 위한 단순 지출이었고 이로 인해 전 세계 경제가 인플레이션 등의 후유증을 겪고 있다.

또한 2019년에는 전세계 CO₂ 배출량이 최고치를 경신했고, 코로나19로 인해 2020년에는 CO₂ 배출량이 약 6% 감소했지만 경제활동이 회복되면서 에너지 사용이 늘어, 향후 전세계 에너지 관련 CO₂ 배출량은 다시 증가할 전망이다.

2030년경에는 에너지 관련 CO₂ 배출규모가 2019년 대비 9% 감소하고, 2050년에는 현재 수준의 45% 줄어들 것으로 예측하고 있다. 이러한 전망치는 국제사회의 목표인 ‘탄소중립(Net Zero)’에 기인한다.

2050년 글로벌에너지 전환에 대한 전망
세계 1차 에너지 공급 전망(그림1)을 보면 2030년경에 전세계 1차 에너지 공급이 정점에 도달하고 그 이후에는 전세계의 인구가 증가하고 경제규모가 성장해도 디지털 기술의 향상으로 에너지 수요가 감소하는 ‘탈동조화(Decoupling)’로 인해 서서히 감소될 것으로 나타났다.

현재 세계 1차 에너지 공급의 80% 정도를 차지하고 있는 화석연료는 2050년 약 50%를 차지할 것으로 나타났다. 이중 2013년에 공급이 정점에 도달한 석탄은 계속 감소해 2050년에는 10%로 비중이 크게 낮아질 전망이다. 

오일도 2025년까지는 큰 변화가 예측되지 않지만 2050년에는 16% 정도로 영향력이 크게 감소할 것으로 예측된다.

가스의 경우도 2032년쯤, 정점에 도달하고 오일 수요를 추월하며 향후 10년간 가스 사용이 크게 증가하고 이후 15년간 수평선을 유지하다 2040년대부터 서서히 감소, 2050년에는 24%를 차지하는 것으로 보인다.

반면, 풍력과 태양광, 바이오매스 등의 신재생에너지와 원자력과 수력 등의 에너지는 2050년세계 1차 에너지 공급원의 50%를 차지할 것으로 나타났다. 

수송용 세계 에너지 수요 전망(그림2)에서 보면, 2030년경에 정점에 도달할 것으로 예측했다. 특히 수송용 차량의 대수가 계속 증가해도 2050년에는 엔진효율 및 디지털 기술 향상 등으로 내연기관차보다 효율성이 우수한 전기차의 보급이 크게 늘어 수송용에너지 수요가 감소될 것으로 보인다.

수송용에너지는 오일이 주를 이뤄 2050년에도 50%를 차지하고, 전기와 수소에너지가 늘어날 것으로 예측됐다.

2032년경 세계 자동차 시장에서 신차 판매 중 승용전기차의 시장 점유률이 50%에 달하고, 2050년에는 전기차가 90%를 차지한다는 것이 전문가들의 전망이다.

즉, 앞으로 일어날 가장 두드러진 에너지 전환은 에너지 시스템의 전기화이며, 2050년까지 전기 비중은 현재 19%에서 38%로 2배로 늘어나고, 에너지 운반체로서의 수소는 아직까지 미미한 수준이지만 2030년대에야 비로소 인정할만한 수준까지 올라오고 2050년 전세계 에너지 수요의 5% 정도를 차지할만큼 괄목한 성장을 보일 것으로 예측됐다. 

에너지 운반체로서의 전기는 태양광 PV발전과 풍력발전이 석탄발전을 대체함에 따라 향후 30년 동안 2배 이상 증가할 것으로 예상된다.

2050년까지 전세계 전력의 36%는 태양광 발전으로, 33%는 풍력이 차지할 것이다. 즉 69%가  신재생에너지로 발전‧공급될 것이며 화석에너지는 발전량의 13%만 차지, 전세가 역전될 것이다.

발전용 가스 사용은 2050년까지 35%에서 29%로 줄어들고 가스발전 전력의 절대 수치는 처음에는 증가하다가 2025년부터 2050년까지 서서히 감소하며 가스는 재생에너지의 중요한 백업 역할을 할 것이라고 전문가들을 예측했다.

태양광 PV와 풍력은 보조금 없이도 대부분의 지역에서 가장 경쟁력 있는 옵션이 될 것이며 시간이 지남에 따라 기존 석탄 및 가스 발전보다 저렴할 것이다.

2050년 수소에너지 전망은?
용도별 세계 수소 수요 전망(그림3)을 살펴보면, 암모니아와 메타놀 생산을 위한 원료 및 석유정제(Refining) 공정에 사용되는 산업용 수소의 비에너지(Non energy)로서의 사용은 2030년대 중반까지 서서히 증가하다가 2050년에는 현재 수준에 머무를 것이다.

수소 수요의 증가는 에너지로서 수소를 직접 사용하거나, 수소에서 파생된 암모니아나 합성연료(e-fuel)로부터 올 것이며, 2040년경에는 수소에너지의 수요가 비에너지(Non-energy) 수소 수요를 추월한다는 것이 전문가들의 전망.

2050년에는 전세계 수소공급량의 30% 정도가 비에너지 용도로 사용되고 70% 정도가 에너지로서 사용될 것으로 보고 있다.

파리협정 목표인 탈탄소(Net Zero)를 달성하기 위해 2050년에는 신재생에너지와 저탄소 에너지를 이용한 수소공급은 전세계 에너지 수요의 약 15%를 충족해야 한다.

이에 수소는 2030년경 글로벌 전체 에너지 수요에서 0.5% 정도를 차지하고, 2030년대 후반부터 규모가 커지기 시작, 2050년에는 전세계 에너지 수요의 5%에 도달할 것으로 보이는데, 지역적 편차가 커 소위 ‘수소경제’를 달성하는 데는 어려울 것으로 예측됐다. 

에너지와 공급원료로서 수소의 사용을 고려할 때 2050년에는 전세계 수소의 85%는 신재생에너지와 LNG와 같은 저탄소 공급원을 이용해 생산될 것으로 본다.

특히 2050년에는 풍력, 태양광 및 발전소와 연계한 전력을 이용해 전기분해로 생산되는 소위 그린수소는 180mtpa 정도이며, CCS를 고려한 블루수소는 약 90mtpa, 글레이 수소 및 기타 수소는 약 50mtpa가 생산되는 것으로 전망됐고, 이는 파리협정과 기후목표를 달성하는 데 필요한 양의 3분의 1에 불과하다.

DNV는 유럽의 육상 및 해상에서 수소혼합 및 100% 수소사용을 위한 천연가스 파이프라인 개조에 관여하고 있고, 모든 천연 가스 파이프라인의 절반 이상이 개조될 것으로 보고 있다.

또한 가스 파이프라인이 개조될 때까지 병행해 새로 건설될 수소 파이프라인이 많이 있을 것으로 예상한다. 비용을 고려하면 전 세계적으로 수소 파이프라인의 50% 이상이 천연가스 파이프라인에서 용도 변경되고 영국과 같은 일부 지역에서는 파이프라인 용도 변경 비용이 10-35%에 불과할 것으로 예상돼 최대 80%까지 증가할 전망이다.