수소산업의 밸류체인
수소에너지의 밸류체인은 크게 수소의 공급, 수소의 저장과 운송, 수소를 통한 발전으로 나눌 수 있습니다.
수소의 공급은 수소를 생산하는 방식에 따라 그레이수소, 블루수소, 그린수소 등으로 나누어집니다. 그리고 저장과 운송은 기체상태와 액화, 암모니아를 활용한 방식 등이 있습니다.그리고 마지막 다운스트림에 있는 수소발전에는 현재 연료전지 방식과 수소터빈 방식이 있습니다.
미래도달 시장의 규모와 각각의 영역에서의 경쟁강도와 진입장벽 등을 고려할 때 이러한 밸류체인에서 가장 주목할 부문은 역시 발전부문입니다.
수소 연료전지란?
연료전지는 수소와 산소의 결합을 통해 화학적으로 전기를 생산하는 시스템입니다. 우리가 수소에너지의 장점으로 알고 있는 온실가스나 대기오염물질을 전혀 배출하지 않는 방식으로 소음도 없고 전기를 만들 때 함께 발생하는 열에너지까지 포함한다면 매우 높은 에너지 효율을 가지고 있습니다.
수소 연료전지는 이차전지와 비슷하게 양극, 음극, 전해질 등 3가지 주요 부품으로 구성되며 수소를 촉매를 통해 전자와 수소 이온으로 분해하는 것이 가장 중요한 발전 과정입니다. 한 마디로 전기화학방식으로 전기를 생산한다고 요약할 수 있습니다.
연료전지는 다시 PEMFC(고분자전해질), PAFC(인산형), MCFC(융용탄산염), SOFC(고체산화물)방식 등으로 구분됩니다.
보통 넥소와 같은 수소전기차와 주택용은 PEMFC(고분자전해질)방식이 사용되고 발전용에는 SOFC(고체산화물)방식이 최근 주목을 받고 있습니다. 기업으로 보면 한국의 두산퓨얼셀, 에스퓨얼셀은 PEMFC(고분자전해질)방식에 미국의 블룸에너지는 SOFC(고체산화물)에 좀 더 특화되어 있습니다.
최근 송배전 노후화와 데이터센터 확장 등으로 발전용 시장에서 수소에너지의 효율성이 부각되면서 SOFC의 성장성이 주목 받고 있으며 두산퓨얼셀도 관련 시스템에 진출했습니다. 그 외 국내기업인 미코파워도 SOFC 연료전지에 기술력을 가진 것으로 평가됩니다.
수소가스터빈방식
수소터빈발전 방식은 수소를 가스처럼 사용하여 터빈을 돌려 전기를 생산하는 전통적인 방식입니다. LNG화력발전과 동일한 방식으로 기존 발전 인프라의 대부분을 사용할 수 있고 대규모로 에너지를 공급할 수 있다는 장점이 있습니다.
이미 국내 LNG발전소에서도 LNG에 수소를 5~10% 정도 일부 혼소 주입하는 방식으로 에너지 효율을 올리고 탄소배출을 저감하는 방식을 사용하고 있기도 합니다.
하지만 전기화학적 반응으로 수소를 만드는 것이 아니라 연소라는 과정을 거치면서 유해물질인 NOx(질소산화물)가 배출된다는 문제를 안고 있습니다. 따라서 탄소포집처럼 발전과정에서 NOx(질소산화물)를 처리하는 공정이 수반됩니다.
또 하나의 문제는 터빈제작의 기술적 난이도입니다. 공학적으로 가스터빈은 가장 난이도가 높은 분야입니다. 우리나라도 두산중공업이 LNG가스터빈 개발에 성공하긴 했지만 글로벌 LNG가스터빈은 여전히 미국(GE), 일본(MHPS), 독일(Siemens) 등 소수의 나라에 의해 독점되고 있는 상황입니다.
현재 100% 수소가스터빈은 실험실 단계에서만 개발된 상태로, 빠르면 2030년 이후 발전시장에서 상용화가 시작될 것으로 전망되는 상황입니다. 현재 전력시장에서 문제가 되고 있는 송배전의 노후화 등을 감안하더라도 연료전지가 보다 현실적이고 광범위한 시장을 차지할 것으로 보여집니다.
결국 수소밸류체인에서 가장 큰 부분을 차지할 수소발전부문은 연료전지가 메인이 되고 장기적으로 거대 발전소에서는 수소 터빈이 활용되는 그림을 예상해볼 수 있습니다.
재생에너지의 확대와 함께 그린수소의 생산단가가 낮아지고 일각의 기대처럼 땅속에서 자연발생 한 수소를 채굴하는 천연수소가 현실화되면 거대한 수소시장이 보다 빨리 현실화될 것입니다. 최근 데이터 센터가 촉발한 전기 수요 등 수소에너지와 수소관련주에 주목할 시기가 도래한 듯합니다.
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