이상기온에 잇따른 여러 피해로 기후위기에 대한 경각심이 높아진 상황에서 탄소중립은 국제적 중대 과제로 꼽힌다. 대한민국 정부는 파리협정 등에 따라 2050년 탄소중립을 목표로 세웠고, 제주도는 이보다 15년 빠른 2035년에 탄소중립을 달성하겠다는 비전을 내세웠다. 관건은 수소경제 구축이다. 수소는 화석연료 발전량을 줄이고 재생에너지 비중을 높이기 위한 호환성 높은 매개체로 꼽힌다. 제주형 에너지 대전환을 위한 탄소중립, 신재생에너지, 수소경제 사이에 얽힌 연관성을 하나하나 짚어본다.

△기후위기 대응 재생에너지 필수

2015년 12월 파리협정에서는 전세계적으로 참여하는 보편적 기후변화 체제 마련이 요구됐다. 지구 기온 상승치를 산업혁명 이전 대비 1.5도 이내로 억제한다는 목표를 설정했다.

이같은 국제사회 노력에 동참하기 위해 대한민국 정부 역시 지난 2020년 '2050 탄소중립 선언'을 발표했고, 제주도는 올해 6월 '제1차 제주도 탄소중립·녹색성장 기본계획'을 수립해 2035년 탄소중립 사회 실현을 기치로 내세웠다.

최우선 목적은 화석연료를 사용하는 화력발전의 비중을 최소화하는데 있다.

이를 위해 제주도는 2023년 기준 약 19%에 머무르고 있는 재생에너지 발전비율을 2035년까지 70% 이상으로 끌어올릴 계획이다. 목표 발전량은 7GW다.

△재생에너지 출력제어 빈번 한계

재생에너지 발전비율을 무작정 높이기엔 한계가 있다. 

수요를 예측해 계획적으로 전력을 생산할 수 있는 화력발전과 달리 바람과 햇빛 등 자연을 이용하는 발전방식 특성상 필요한 시점에 적절히 발전하기 어렵기 때문이다.

이로 인해 제주는 재생에너지 발전비율 19%만으로도 여름·겨울철 전력 과잉공급에 따른 블랙아웃을 막기 위한 출력제어가 빈번한 상황이다.

2015년 제주지역 출력제어는 단 3회에 불과했지만 2023년 181회를 포함해 2024년 10월까지 모두 497회의 출력제어가 이뤄졌다.

2024년 12월 제주-완도 제3해저연계선이 상업운전을 시작하면서 과잉 발전량을 육지로 보낼 수 있게 돼 출력제어 문제는 일부 해소될 전망이다.

하지만 재생에너지 발전비율을 대대적으로 늘리기 위해선 보다 근본적인 대책이 요구된다. '에너지 저장 기술'이 주목받는 대목이다.

제주도는 대규모 에너지저장장치(BESS) 설치를 통해 풍력·태양광 발전의 불규칙한 출력 변동을 보완하는 동시에, 전기를 저장이 용이한 다른 형태의 에너지로 변환하는 기술 개발을 병행하고 있다. 이 지점에서 수소 에너지의 효율성이 언급된다.

△그린수소 저장성·친환경 강점

수소는 화석연료와 달리 고갈될 우려나 지역 편중이 없는 원소자원이다. 대표적인 친환경·무공해 자원인데다, 에너지 밀도와 효율이 높아 저장성도 우수하다.

수소는 생산 방식과 이산화탄소 배출량에 따라 크게 그레이수소, 블루수소, 그린수소 등으로 나뉜다.

그레이수소는 석유화학·철강 등 산업 생산과정에서 발생하는 개질수소다. 다른 산업의 공정에서 부산되는 만큼 생산단가는 낮지만 천연가스나 석탄 등 화석연료에서 추출되기에 탄소중립에 기여한다고 보기 어렵다.

블루수소는 기존 그레이수소 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소가 대기중에 배출되지 않도록 포집해 다른 방면으로 활용하거나 저장해 처리하는 방식으로 생산한다.

그린수소로 전환하기 전 단계적 전환을 위한 징검다리 역할을 담당하는 방식이지만, 일각에서는 블루수소 생산·운송 등 과정에서 메탄이 대기중으로 방출되는 등 실질적인 온실저감 효과는 미흡하다는 지적도 제기된다.

결과적으로 탄소중립이라는 목표 달성을 위해서는 물을 전기분해해 수소를 생성하는 방식인 그린수소 도입이 필수적이다.

수소 생산에 필요한 전기 역시 풍력·태양광 발전을 활용하는 만큼 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경적이고 자원고갈 우려도 적다.

제주도는 2035년 재생에너지 발전비율 제고(70% 이상)와 함께 연간 6만t 이상의 그린수소를 생산해 단계적으로 화력발전에서 100% 수소발전으로 전환하겠다는 구상을 제시했다.

△경제성 확보 아직…시장 확대 관건

에너지를 저장하는 또 다른 방법인 배터리의 경우 대표적으로 리튬이온의 에너지 밀도가 높지만 화재위험이 높고 단가도 상대적으로 비싸다. 특히 희토류 등 자원의존성으로 외교적 리스크를 동반하기도 한다.

자동차 배터리에 활용되는 납산 전지는 원가가 저렴하고 안전성도 높지만 무게에 비해 저장용량이 적다.

이외에도 나트륨을 원재료로 활용한 전지 등 개발이 이뤄지고 있지만 에너지 밀도나 재생에너지와의 호환성 등 측면에서 그린수소의 효율이 더 높다는 데 중론이 모인다.

다만 경제성 확보는 과제로 꼽힌다.

미국은 10년내 그린수소 가격을 ㎏당 1달러 이하로 낮추기 위한 하이드로젠 샷 프로젝트를 추진하고 있다. 국내 목표는 2050년 ㎏당 2500원 공급이다.

이와 관련 제주도는 2024년 11월 국내에서 처음으로 그린수소 상업판매를 개시했다. 공급단가는 ㎏당 1만5000원(도 재정지원 4800원 적용시)으로, 경유차와 효율이 비슷하고 전기차보다는 떨어지는 수준이다.

공급단가는 수소 생산을 위한 재생에너지 구매비용 등 영향을 크게 받는다. 아직까진 도내 수소 활용처가 적어 대량생산을 할 수 없고, 친환경에너지 직접전력거래(PPA) 규모도 작아 구매단가를 낮출 수 없는 구조다.

결국 시장 확대와 100% 전소발전터빈 등 발 빠른 기술개발·도입이 수소 에너지의 경제성을 결정하는 셈이다.

제주도는 지난해부터 일련의 사항들을 포괄하는 '제주형 수소경제 육성 기본계획'을 수립하고 있다. 오는 3월 완료되는 해당 기본계획에는 '2035 탄소중립을 위한 에너지 대전환'의 구체적인 실천방안이 담길 전망이다. 김수환 기자