탄소 배출과 운반비용이 걸림돌

▲ 중국 산시성 다퉁탄광 갱도에서 노동자들이 철망 보수작업을 하고 있다. 다퉁탄광은 석탄을 이용한 메탄올 생산 사업을 기반으로 부생수소를 생산할 계획이다. 다퉁탄광 누리집

수소 생산을 위해 석유가스화 공정을 도입해도 문제가 없을까? 업계에서도 의견이 나뉜다. 궈례진 시안교통대학 교수 겸 중국과학원 원사는 “중단기적으로 보면 대량 수소제조법으로 석탄가스화에 탄소 포집 기술을 결합한 방법이 적당하다”고 말했다. 하지만 마오중창 교수는 “이산화탄소 포집과 저장(CCS)은 실천하기 어려운 기술”이라고 지적했다.

 

허광리 베이징 저탄소청정에너지연구소 수소에너지연구부 책임자는 “현재 수소에너지는 초기 단계로 비용과 보급, 응용을 고려하면 처음부터 재생에너지로 수소를 제조하는 것은 타당성이 떨어진다”고 말했다. 그에 따르면, 먼저 비용이 저렴한 석탄에너지를 써서 수소를 제조하고 이후 단계의 산업을 육성하면 적어도 석탄의 청정 이용 효과는 거둘 수 있다. 동시에 이산화탄소 처리 기술을 개선하고 재생에너지 비용을 낮출 필요가 있다.

탄소세도 앞으로 부딪칠 문제다. 탄소세는 국제사회가 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 제정한 거래 체계인 탄소배출권과 유사한 개념이다. 기업의 탄소 배출 총량을 규정해, 배출량이 기준을 초과하면 다른 기업의 배출권을 사야 한다. 중국은 탄소배출권 거래 시장을 만들고 있다. 앞으로 이 체계가 구축되면 석탄가스화는 이산화탄소 배출량이 가장 많은 수소 제조 기술이 돼 제조비용에 탄소세가 추가될 것이다. 

중국은 2030년을 정점으로 이후 탄소배출량을 줄인다는 목표를 세웠다. 탄소 배출 문제를 해결하기 위해 업계에선 CCS와 이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS)의 두 기술을 제시했다. CCUS는 CCS에서 활용 단계를 추가해 이산화탄소 누출 위험을 해결했다. 허광리는 현재 이산화탄소를 농축한 뒤 소비하거나 저장할 적절한 방법이 없다고 했다. 현지 지질 구조를 고려할 때, 이산화탄소를 지하에 저장하는 방법이 모든 지역에 적합한 것은 아니다.

2019년 국무원은 ‘산시성 에너지혁명 종합개혁 시범사업 시행에 관한 의견’을 허가했다. 이 의견에는 △수소에너지 자원이 풍부하고 생산비용이 저렴한 강점을 이용해 수소에너지산업클러스터 육성 △석탄가스화+CCS, 재생에너지를 이용한 수소 제조 등 저탄소 고효율 기술을 탐색한다는 내용이 포함됐다.

그러나 CCS와 CCUS 기술은 아직 경제성을 갖추지 못했다. 중국의제21 관리센터의 양양은 “CCUS 기술이 에너지 소비, 비용, 리스크가 큰 ‘3고’ 문제에 직면했다”고 지적했다. 고비용은 성장을 가로막는 가장 큰 문제다. 사업 초기에 많은 비용을 투자해야 하지만, 대부분 매몰비용이라서 보통 기업은 엄두를 내기 어렵다. 지금 기술 수준을 고려하면 CCUS는 개발도상국에서 적용하기 어렵다.

탄소를 전혀 배출하지 않는 깨끗한 방법으로 수소를 제조하는 기술은 세계가 공통으로 노력하는 목표다. 업계에선 재생에너지를 이용한 수소제조법이 최종 해결책이 될 것이라고 판단한다. 허광리는 “석탄자원이 풍부한 중국 상황을 고려하면 단번에 전체 과정이 깨끗한 수소에너지를 생산할 수 없기에 단계를 나눠 진행해야 한다”고 말했다. 

먼저 석탄가스화 기술과 탄소 제거 기술을 개발해 석탄가스화 과정에서 이산화탄소 배출을 줄이는 동시에 재생에너지 생산비용을 낮춘다. 전력시장에선 태양광발전과 풍력발전 등 신재생에너지 비중을 올린다. 또 전력 정책이 신재생에너지를 이용한 수소 제조를 지원해 점차 다른 수소 제조법으로 대체해야 한다. 이 과정에는 오랜 시간이 걸릴 것이다.

 

산시성을 포함한 전국 20개 지방정부가 수소에너지와 연료전지차 산업을 육성하겠다고 밝혔다. 여러 지방정부가 발표한 수소에너지발전계획을 보면, 산업가치사슬이 길고 자산투자를 많이 해야 하는 자동차산업의 특징을 눈여겨본 것 같다고 전문가들은 말했다. 수소연료전지차 산업사슬을 만들면 투자를 유치하고 일자리를 늘릴 수 있다는 계산이다.

푸관윈 연구원은 “일정 규모의 산업 기반을 갖춘 도시가 수소에너지 경쟁에서 앞설 것”이라고 말했다. 이렇게 규모가 클수록 좋다는 생각 때문에 수소에너지 산업을 육성하려는 경쟁 구도가 만들어졌고, 규모를 키워 모든 분야를 다루려는 경향이 나타났다. 전체적으로 보면 각 지방에서 지원하는 수소에너지 산업은 (완제품 쪽인) 하류 부문이 (원재료 쪽인) 상류 부문을 밀어주거나, 상류 부문이 하류 부문을 끌고 가는 두 형태로 나뉜다.

물론 산시성은 뒤쪽에 속한다. 수소에너지 자원이 풍부하고 비용이 저렴한 강점을 기반으로 하류 부문의 응용을 확대한다는 계획이다. 업계 관계자들은 산시성 석탄기업들이 수소산업을 적극적으로 추진하면 수소를 대량 생산할 수 있을 것이라며, 현지 시장 수요가 적어 수소를 소화하지 못하면 공급과잉 위험이 생길 수 있다고 지적했다.

2019년 4월 산시성 공업정보화청은 ‘신에너지자동차산업 2019년도 행동계획’을 발표하고 수소연료전지 산업 육성 목표를 제시했다. 모두 3단계로 나눠 추진한다. 2019~2020년은 시범사업 단계다. 시범운영 지역에 수소충전소 3곳을 세우고 버스노선 10개를 개설하며, 700대 규모로 운영할 계획이다. 2021~2022년은 응용 단계다. 충전소 10곳, 시범 버스노선은 300개를 추가해 차량 3천 대를 운영한다. 2023~2024년은 체계적인 운영 단계다. 충전소 20곳을 신설하고, 성 전역으로 버스노선을 확대해 약 7500대를 운영할 계획이다. 

정부가 이런 계획을 내세웠으나 실질 지원은 손에 꼽을 정도로 적다. ‘행동계획’은 수소연료전지차 지원 정책이 후퇴하지 않는다는 전제에서 성정부가 중앙정부와 일대일 비율로 보조금을 제공하고, 수소충전소와 수소연료에도 적정 수준의 지원금을 주는 방안을 제시했다. 시장 성장을 촉진하기 위한 조처다. 구체적인 지원 정책은 아직 발표되지 않았고, 수소에너지 산업 발전 계획을 세우는 단계다. 시와 구 차원에서 수소연료전지차와 수소충전소를 지원한다고 발표한 사례는 많지 않았다. 산시성 에너지업계 관계자는 산시성의 수소에너지 정책은 소리만 요란했지 실속은 없다고 했다.

 

업계에선 버스 한 대가 하루에 200~300㎞를 운행하고, 100㎞ 운행에 수소 5~6㎏을 소비하는 것으로 추산한다. 이를 기준으로 버스 7500대를 1년 동안 운행한다면, 최대 4만9천t(약 5억5천만㎥)의 수소가 필요하다. 산시성에서 나오는 부생수소로 얼마든지 충당하고도 남는다. 

2019년 10월 산시성 공업정보화청 리진핑 청장은 화물차의 수소차 전환 계획을 언급했다. 그는 산시성의 코크스 생산능력이 1억2천만t이고 부산물인 코크스 가스로 수소 150억㎥를 생산해, 대형 화물차 약 28만 대에 필요한 수소연료를 공급할 수 있다고 주장했다. 산시성에 등록된 대형 화물차 40만 대 가운데 디젤차 비중이 75%에 이른다. 수소연료 화물차를 보급할 수 있는 객관적 조건을 갖춘 셈이다. 산시성 공업정보화청 책임자는 “석탄을 운송하는 화물차를 수소연료전지차로 대체할 수 있다”고 설명했다. 

그러나 이 계획을 실행할 수 있을지는 의문이다. 수소 가격과 충전소 건설비용, 수소연료전지차 가격이 모두 비싸다. 기업은 정부 지원금을 기대하고 있다. 중국에서 수소연료전지차 기술은 장거리, 대형 상용차를 겨냥한다. 차이궈친 중국자동차기술연구센터 부총공정사는 “상용차는 대부분 영업용 차량이고 차주의 ‘생산도구’로서, 상용차 차주는 비용 변화에 더욱 민감하다”고 지적했다. 지금 단계는 정부 지원이 있어야 사업 성장을 촉진할 수 있다고 업계에선 판단한다. 모든 수소에너지 산업 단계에 자금이 투입돼야 하는데, 지방정부 재정으로는 산업가치사슬을 구축하기에 부족하다.

중국 정부는 지원금을 장기간 제공하면 기업이 다시 ‘정부의존증’에 걸리고 일부에서 편법으로 지원금을 받아가는 현상이 생기는 것을 우려한다. 기업이 자체 역량으로 기술을 개발하고 원가를 낮추지 않으면 세계시장에서 경쟁하기도 어렵다. 지방정부는 산업 지원에 들어가는 비용과 재정정책 실시에 따른 효과를 비교해야 하는 상황이다.

 

석탄기업이 있는 성의 바깥 지역으로 눈을 돌리면 운송거리와 수요처를 조율해야 하는 문제가 생긴다. 중국에서 많은 지역이 수소밸리를 만들겠다는 목표를 내세웠다. 하지만 운송비용의 경제성에 한계가 있기에, 대부분 현지 또는 주변 지역에서 원재료를 사서 수소에너지를 제조한다. 수소에너지 산업을 육성하려는 다른 지역에 멀리 있는 산시성의 수소가 필요하지 않다는 의미다. 

수소연료전지차 산업이 활성화한 곳은 창장강삼각주와 주장강삼각주 등 경제가 발달한 지역과 동부 연안에 집중됐다. 반면 석탄가스화 생산시설은 화베이 지역에 모여 있어 두 지역의 거리가 상당하다. 운송 문제를 고려하면 산시성에서 생산한 수소를 멀리 떨어진 다른 소비 지역으로 운송하는 것은 비현실적이다. 중국 안에선 대부분 고압튜브트레일러로 수소를 운송한다. 그 비용이 ㎞당 2위안 정도여서 경제성을 확보할 수 있는 운송거리는 200㎞까지다.

허광리는 “운송비가 비싸 북방 지역 수소를 남쪽으로 운반하기 어렵다”고 말했다. 예를 들어 수소연료전지 산업을 육성하는 광둥성 포산에선 수소에너지가 부족할 때 주변 지역 석유화학공장에서 나오는 수소로 보충하면 된다. 

산시성에서 수소에너지 산업의 상류 부문인 수소 생산업체를 육성했는데 하류 부문인 수소차 제조업체의 수요가 부족하면 과잉생산 위험을 피하기 어렵다. 신에너지 산업의 성장 과정과 비슷하다. 수소에너지 이전에 태양광발전과 풍력발전 사업도 자원 공급과 수요 발생 지역이 일치하지 않고 운송비가 비싸 발전을 포기하는 현상이 두드러졌다.

 

중국의 태양광발전과 풍력발전 산업은 운송과 수요 문제로 먼 길을 돌아왔다. 정부가 지원 정책을 잇달아 내놨지만, 다른 한편에선 발전을 포기하는 사례가 비일비재했다. 중국 서북 지역은 바람과 태양광이 풍부하고 발전비용이 저렴하지만, 전기 수요는 동부 지역에 집중돼 있다. 발전설비와 전력망을 갖추는 데 걸리는 시간 때문에 전력을 생산하고도 송전하지 못하는 상황이 벌어졌다. 

이런 이유로 발전을 포기한 풍력발전소와 태양광발전소의 비율이 2016년 각각 16%, 10%였다. 최근 그 비율이 낮아졌지만 2019년 상반기에도 각각 4.7%, 2.4%를 기록했다. 신에너지 산업의 성장을 위한 정부 지원은 멈추지 않았다. 태양광발전 산업은 정부 지원에 기대 이익이 생기지 않는 단계를 넘어섰지만 동시에 과잉생산을 불러왔다.

사업을 시작하기만 하면 돈을 벌 수 있었던 2016~2018년 중국의 태양광발전 설비는 해마다 75%씩 늘었고, 3년 연속 설비용량이 세계 1위를 기록했다. 하지만 정부 지원이 끊기자 산업가치사슬 상류에서 하류까지 엉망이 됐다. 그래서 지방정부가 수소에너지 산업을 육성하고 특히 자원을 이용해 하류 부문의 성장을 추진하려는 방식은 공급과잉 사태를 경계해야 한다.

차이궈친 중국자동차기술연구센터 부총공정사는 말했다. “산시성이 수소에너지 산업을 육성하려면 많은 문제를 해결해야 한다. 수소에너지를 누구에게 팔 것인지, 대형 화물차에 파는 수소연료 가격이 충분히 저렴한지 고민해야 한다. 또 자동차 기술이 따라가지 못해 하루가 멀다고 문제가 생기면 차주에게 부담이 될 것이다.”