천연가스 가격은 싸지고 생산비는 올라 관심 끊겨

 
독일 정부는 독일을 수소의 국제적인 선도 시장으로 만들려고 수십억유로를 투자하고 있다. 그러나 생산은 제대로 시작되지 않고 주요 고객들은 망설인다.

베네딕트 뮐러아르놀트 Benedikt Müller-Arnold
<슈피겔> 기자
 

▲ 2024년 2월 프랑스 파리에서 열린 수소산업 관련 ‘하이볼루션 전시회’에 수소 로고가 설치돼 있다. 천연가스 가격은 싸지고 수소 생산비는 오르면서 관심이 식고 있다. REUTERS

숨겨진 수소 챔피언을 찾으려면 차를 몰고 조금 멀리 나가야 한다. 예를 들어 독일 헤센주 하나우시 동쪽에 있는 로덴바흐 같은 곳으로 말이다. 하수처리장, 산림관리소, 고속도로 사이에 있는 이곳에서 이탈리아 기업 드노라(De Nora)는 전극을 생산한다. 니켈, 티타늄 그리고 특수 코팅으로 만들어진, 평범해 보이는 판과 그물은 전원이 공급되면 엄청난 일을 할 수 있다. 두 전극 사이에 물이 있으면 음극에는 수소가, 양극에는 산소가 모인다. 이것을 전기분해라고 한다.
수십 년 동안 전극 생산은 예측 가능한 전망을 갖춘 탄탄한 사업이었다. 화학회사들은 소금과 물에서 염소를 추출하기 위해 전극이 필요했다. 예전에는 직원 140명이 로덴바흐에서 일했다. 아일랜드 태생의 공장 사장 로버트 스캐널(64)은 모든 직원의 이름은 물론 “심지어 아이들 이름까지도 알고 있었다”고 한다.
지금은 불가능하다. 드노라는 확장했고, 현재 300명의 직원이 주 7일, 3교대로 근무한다. 스캐널에 따르면 수소 생산에 이 회사의 전극이 필요해진 이후 “엄청난 성장 동력이 있었다”고 한다. 로테르담 항구나 사우디아라비아의 새로운 메가시티 네옴(Neom)의 프로젝트에 전극이 필요했기 때문이다. 회사는 현재 금속가공을 위한 용광로를 추가로 건설하고 있다. 스캐널은 새로운 전극 응용 분야에 “기대가 크다”고 말했다.
수소를 통한 강력한 성장 동력 창출은 독일 전체의 미래 목표다. 독일 정부는 독일을 선도적인 국제 수소 시장으로 만들겠다고 약속했다. 그러나 드노라의 사례와 같이 플랜트 엔지니어링 분야에서는 이 전략이 작동하고 있지만, 다른 분야는 아직 진행이 더디다.
 

▲ 2023년 1월 독일 베를린의 한 수소충전소에서 트럭이 연료를 채운 뒤 출발하고 있다. 수소는 난방이나 운송연료로 사용할 수 있지만 여전히 가격이 비싸다. REUTERS

냉각된 낙관론
수소는 에너지전환 퍼즐에서 부족한 부분을 채워주는 조각 역할을 함으로써 화석연료 의존에서 벗어나는 데 도움이 될 수 있다. 수소는 기후친화적인 방식으로 강철을 생산하거나 유리 용광로를 가열하는 데 쓸 수 있고, 가스 난방시스템에서 연소하거나 운송연료로 사용할 수도 있다. 또한 친환경 전기를 사용해 수소를 생산하면 ‘친환경’ 라벨도 붙일 수 있다.
재생에너지로 전환하는 데 수소가 도움이 되는 가장 큰 이유는 저장이 가능하기 때문이다. 수소는 햇볕이 잘 들고 바람이 많이 불어 녹색전기가 넘쳐나는 시기에 전해조를 사용해 생산한다. 그러고 나서 용도변경된 천연가스 파이프라인으로 운송해 지하동굴 보관소에 저장할 수 있다. 독일 정부가 보급하려는 새로운 가스발전소와 같은 시설에서는 재생에너지가 공급되지 않을 때 이 저장된 수소를 사용해 전기를 생산할 수 있다.
잠시 동안 독일의 수소경제는 돌파구를 찾은 것처럼 보였다. 2022년 러시아의 우크라이나 침공 이후 천연가스 가격이 어느 때보다 비싸지자 독일 정부는 국내 녹색수소 생산 목표를 5GW(기가와트)에서 10GW로 두 배 늘렸다. 현재 독일의 북해와 발트해에 설치된 모든 풍력 발전기가 동시에 전기를 생산한다고 해도 생산되는 전기량은 8.4GW에 불과하다. 수소 생산 목표를 얼마나 높게 잡았는지 알 수 있다.
그러나 독일 정부가 승인 절차를 가속화하고, 수소 파이프라인 설치를 위해 미리 자금을 조달하고, 수입 보조금을 지급해도 수소로의 전환은 매우 더디게 진행된다. 문제는 생산단계에서부터 시작된다. 독일 쾰른대학 에너지경제학연구소와 이온(E.ON)그룹에 따르면 독일에서 발표한 88개의 대규모 수전해 플랜트 중 최종 투자 결정이 내려진 것은 16개에 불과하다. “계획된 프로젝트와 최종 투자 결정 사이에 큰 차이”가 있는 것이다.
전세계적으로 봐도 상황은 그다지 달라지지 않는다. 컨설팅 회사 프라이스워터하우스쿠퍼스(PwC)의 추정에 따르면 현재 840GW의 전기분해 용량이 계획돼 있지만, 지금까지 자금 조달이 완료되거나 건설 중인 프로젝트의 비율은 2%도 되지 않는다. 게다가 중국과 북미의 확장 속도가 유럽보다 훨씬 빠르다.
수소를 향한 열기는 불과 2년 만에 냉각됐다. 높은 금리와 재료 비용이 에너지전환의 부담을 가중시킨다. 신규 풍력발전단지의 건설 비용이 예상보다 비싸지면 친환경 전기가 필요한 녹색수소의 가격도 오르게 된다. 이에 더해 수소와 경쟁하는 화석연료인 천연가스의 가격은 다시 훨씬 저렴해졌다. 2022년 3분기 메가와트시(MWh)당 200유로였던 가격이 2024년 1분기에는 28유로로 떨어졌다. 이산화탄소 배출권도 최근 유럽에서 더 저렴해졌다. 전환에 대한 압력이 줄고 있는 것이다.
자금 지원 약속이 실현되지 않고 유럽연합(EU)이 수년간 수소를 친환경 연료로 간주하기 위해 어떤 조건을 충족해야 하는지를 두고 논쟁하는 사이, 대서양 건너편 미국에서는 향후 수년동안 수소 생산에 세금 감면을 제공하는 수천억달러 규모의 보조금 패키지인 인플레이션감축법(IRA)을 도입했다. 전세계가 수소를 쫓고 있다. 하지만 독일이 그 선두에 있는 것 같지는 않다.
 

▲ 독일 남서쪽 외링엔에는 수소와 천연가스를 30 대 70의 비율로 혼합해 30가구에 공급하는 방식을 시험하고 있다. 수소는 이처럼 난방용으로도 활용할 수 있다. REUTERS

벼랑 끝에 선 프로젝트
2024년 6월 초, 녹색당 소속의 로베르트 하베크 독일 부총리 겸 경제기후부 장관은 독일의 대통령 관저인 벨뷔 궁전 정원에 서 있었다. 한 환경재단이 그를 수소 관련 토론 행사에 초청했다. 하베크 장관이 말을 길게 늘어놓을수록 그의 목소리는 더 절박하게 들렸다. “우리는 이 저주받은 닭과 달걀 문제를 해결해야 한다”며 하베크는 분노했다. 생산하거나 운송하지 않는 에너지원은 아무도 사지 않으며, 그 반대의 경우도 마찬가지라는 사실을 비유적으로 말한 것이다. “누군가는 지금 이 빌어먹을 알을 부화시켜야 한다.”
새로운 에너지 세계에서 누군가 시작을 하는 것이 얼마나 어려운지는 링겐에서 확인할 수 있다. 이곳은 수소 생산에 매우 적합한 입지를 갖췄다. 네덜란드에서 멀지 않은 곳에 있는 인구 6만 명의 소도시 인근에는 풍력발전단지가 있고 북해가 멀지 않다. 링겐에는 2023년까지 원자력 발전소가 운영됐고, 가스 화력발전소도 있어 전력망과 잘 연결돼 있다.
독일 최대 전력 생산업체인 에르베에(RWE)는 이곳에 0.3GW 용량의 수전해 플랜트를 건설할 예정이다. 이는 유럽에서 가장 큰 수소 생산 시설 중 하나가 될 것이다. 석유회사 브리티시페트롤리엄(BP)도 링겐에 대규모 공장을 계획하고 있다. 두 회사 모두 용도변경된 천연가스 파이프라인을 통한 수소의 운송과 활용을 위해 철강 제조업체인 티센크루프(Thyssenkrupp)와 잘츠기터(Salzgitter) 등과 협력망을 구축했다.
계획이 시작된 지 5년이 넘었지만 프로젝트가 실현될지는 아직 불투명하다. 아직은 초기의 수소경제에서 국가의 개입 없이는 되는 일이 거의 없고, 보조금이 없으면 수소 발전소를 수익성 있게 운영할 수 없기 때문이다. 오랜 검토 끝에 EU는 2024년 2월 독일연방 정부와 주 정부에 링겐과 같은 프로젝트를 지원할 수 있도록 승인했다. 그러나 관련자들은 아직도 구체적인 보조금 결정을 기다리고 있다고 말한다. 독일연방 경제부에 따르면, 연방 정부와 주 정부가 세부 사항을 합의해야 하지만, 이 절차는 완료된 것이나 마찬가지라면서 곧 결정이 통지될 것이라고 한다. 링겐에는 그래도 희망적이다.
다른 프로젝트는 이미 실패했다. 예를 들어 슐레스비히홀슈타인주의 하이데에서는 잉여 풍력에너지로 수소를 생산해 지역 가스 파이프라인에 공급하는 수전해 플랜트를 건설하려 했다. 그러나 플랜트를 하루에 몇 시간만 남는 전력으로 작동시키는 방식은 비용이 너무 많이 든다는 결과가 나오자 관련자들은 사업을 포기했다.
하노버의 하수처리장에서 수소를 생산해 버스 연료로 사용하려던 계획도, 팔츠 지방의 바트뒤르크하임에서 수전해로 수소를 생산하려던 계획도 수요가 급감해 무산됐다. 이처럼 최근 독일 전역에서 수소의 꿈이 깨지고 있다. 희망이 너무 성급했던 것일까?
베를린의 환경단체인 ‘벨로나 도이칠란트’(Bellona Deutschland)의 루이자 케슬러는 “유감스럽긴 하지만, 이러한 상황 전개로 적어도 수소에 품었던 과장 광고를 알게 됐다”고 말한다. 최근 몇 년 동안 온갖 종류의 응용 아이디어가 쏟아져 나왔지만, 모든 아이디어가 기후에 유리한 것은 아니었다.
녹색수소는 전기를 직접 사용할 수 없거나, 천연가스로 생산하는 이른바 회색수소를 이미 사용하고 있는 분야에 특히 적합하다고 케슬러는 생각한다. 응용 분야는 정유소, 철강 생산 또는 화학산업에 권장된다. “하지만 지금은 녹색수소가 우리가 기대했던 것만큼 저렴하지 않다는 사실을 많은 사람이 깨달았다”고 그는 말했다.
 

▲ 2023년 11월 로베르트 하베크 경제부 장관이 기자회견에서 독일의 수소 공급망을 설명하고 있다. 정치권은 기업에 수소경제로의 전환을 압박하지만, 기업은 높은 비용 때문에 생산과 활용을 여전히 망설인다. REUTERS

생산의 비용 문제
독일이 얼마나 뒤처져 있는지는 2024년 봄 유럽수소은행(Europäischen Wasserstoffbank)이 주최한 경매에서 분명해졌다. 132개의 프로젝트가 새로운 수전해 장치에 자금 지원을 신청했다. 수소 1㎏당 가장 낮은 보조금을 요구할 수 있는 프로젝트가 계약을 따내는 것이다.
포르투갈, 스페인, 노르웨이, 핀란드가 계약을 따냈고 다른 국가는 모두 빈손으로 돌아갔다. 독일의 프로젝트는 솔직히 너무 비쌌다. 낙찰된 국가에서는 친환경 수소를 1㎏당 6~9유로에 생산할 수 있다. 경매 문서에 따르면 독일에서 친환경 수소 1㎏을 생산하는 데 드는 비용은 대략 12유로다.
이베리아와 스칸디나비아 국가들의 장점은 태양광, 풍력, 수력 발전의 공급량이 많다는 점이다. 2023년 포르투갈에서는 재생에너지가 전력 생산의 74%를, 노르웨이에서는 거의 99%를 차지했다. 따라서 이들 국가에서 수전해 장치는 많은 시간 동안 친환경 수소를 생산할 수 있어 생산 비용을 줄일 수 있다.
EU에서는 해당 국가의 재생에너지 비중이 90% 이상인 경우 전력망의 일반 전기를 사용해 수소를 생산해도 친환경 수소로 간주된다. 노르웨이는 이 조건을 충족하지만 독일의 경우 2023년 비율이 58%에 불과했다. 이 때문에 독일산 친환경 녹색수소의 가격이 더 비싸다.
향후 수요의 절반 이상을 충당해야 하는 상황에서 해결책은 국외에서 수소를 수입하는 것일 수 있다. 그래서 독일 정부는 수소를 생산지로부터 발전소 및 산업지역으로 운송하기 위한 9700㎞ 길이의 파이프라인, 이른바 핵심 네트워크에 대한 초기 자금 지원을 넘어 추가적 지원을 계획하고 있다. 또한 전력망 사업자들도 스칸디나비아에서 독일로, 또는 이탈리아에서 오스트리아를 거쳐 독일로 이어지는 파이프라인에 집중하고 있다.
파이프라인을 사용하기에 거리가 너무 먼 곳은 수소를 더 쉽게 운송할 수 있도록 암모니아와 같은 화학물질로 가공해 수입한다. 독일 정부는 이제 막 시작되고 있는 세계 시장에서 수소를 확보하기 위해 캐나다에서 나미비아에 이르기까지 동맹을 맺었다. 그러나 장거리 운송과 암모니아로의 전환은 수소를 더욱 비싸게 만든다.
국제시장에서는 높은 이자율과 재료비도 상당한 영향을 미친다. 독일 서부 렘샤이트에 위치한 싱크탱크 ‘퓨처 클린테크 아키텍트’(Future Cleantech Architects)의 페터 슈니어링 대표는 친환경 수소의 생산 비용은 “현재 많은 낙관적인 예측보다 훨씬 높은 수준”이라고 말한다.

보류 중인 구매자
그는 가까운 미래에 비용이 산업계에서 기대하는 1㎏당 3달러 이하로 떨어질 가능성은 거의 없다고 생각한다. 현재로서는 친환경 수소의 생산과 활용에 대한 “설득력 있는 비즈니스모델”이 부족하다고 그는 말했다.
독일에서 아이젠휘텐슈타트만큼 산업과 운명적으로 얽힌 도시는 없을 것이다. 1950년 옛 동독 지역 브란덴부르크주에 사회주의적인 ‘스탈린슈타트’(Stalinstadt)로 건설된 인구 2만4천 명의 작은 도시는 오늘날까지도 오래된 제철소의 용광로가 도시의 풍경을 지배한다. “이 강철은 여기서 만들어진다. 앞으로도 그럴 것이다!”라는 문구가 버스정류장 앞의 철제 블록에 흰색 글씨로 큼지막하게 쓰여 있다.
이 공장은 유럽 최대 철강회사인 아르셀로미탈(ArcelorMittal)에 속해 있으며 자동차 및 세탁기 제조업체에 철강을 공급한다. 그러나 철강 생산은 기후에 해롭다. 철강산업계는 독일 전체 온실가스 배출량의 5%를 차지한다.
그래서 아르셀로미탈은 큰 계획을 세웠다. 브레멘에 있는 자매 공장에 이른바 직접환원철 생산 공장을 건설해 코크스가 아닌 천연가스로, 나중에는 수소를 사용해 철광석을 처리할 계획이다. 그런 다음 ‘친환경’ 철의 일부는 기차로 아이젠휘텐슈타트로 운송해 전기로에서 강철로 가공하는 것이다. 아르셀로미탈은 두 도시에 25억유로를 투자할 계획이다. 하지만 이 또한 독일 정부가 어떻게 하느냐에 달려 있다.
5월 말의 어느 여름날, 하베크 경제부 장관이 아르셀로미탈 교육센터에 들어왔다. 홀은 회색과 주황색 작업복을 입은 직원들로 가득 차 있었다. 녹색당 소속의 부총리는 거의 13억유로에 이르는 자금 지원 결정을 가져왔다. “오늘 이 자리는 향후 수십 년을 위한 초석이 될 것”이라고 하베크는 말했다.
이 기념식에서 이상한 점은 경제부 장관은 직원들을 격려하고 싶어 했지만, 아르셀로미탈은 회사가 실제로 공장 개편에 투자할지를 2025년 중반에야 최종적으로 결정하려 한다는 것이다. 그룹 내에서도 입지 경쟁이 치열하며, 한 가지 전제 조건은 유럽의 다른 국가와 비교했을 때 경쟁력 있는 수소 가격이라고 한다.
이를 위해서는 1㎏당 “2유로 미만의 비용을 달성해야 한다”고 브레멘과 아이젠휘텐슈타트 공장 책임자인 토마스 뷩거는 말한다. 현재 그가 받는 제안은 그보다 훨씬 비용이 높다. 뷩거는 용광로의 전기 비용도 걱정한다.
아르셀로미탈이 독일 내 생산을 완전히 수소로 전환하려면 연간 약 15만t이 필요한데, 비용 리스크가 상당하다. 수소 에너지원이 예상보다 1㎏당 1유로 더 비싸진다면 1억5천만유로의 추가 비용이 발생하며, 이를 생산에 적용할 경우 철강 1t당 50유로의 추가 비용을 발생시킨다.
이제 경영진은 직접환원철 생산 공장을 천연가스로 가동하고, 그 결과 발생하는 이산화탄소를 포집해 저장하는 방안도 심각하게 고려한다. 과도기 단계에서는 수소보다 더 경제적일 수 있다. 그래서 정치권은 현재 아르셀로미탈의 우려에도 수소로의 전환을 결정하도록 철강업계 경영자들에게 압력을 가하고 있다.

동북아의 새로운 시장
드노라는 미래의 새로운 수소 세상으로부터 이익을 얻고자 한다. 독일에서는 잘 안 돼도, 글로벌 시장에서는 통할 수 있다고 믿는다. 회사는 앞으로 전기요금이 저렴하고 재생에너지 잠재력이 큰 유망 시장에 최대한 접근하려 한다. 중국, 일본, 미국에 새로운 공장을 계획하고 있다. “수소 생산용 전극 수요의 일부만 커버한다 하더라도 우리가 할 일은 충분히 있다”며 그는 최근 몇 년 동안 공급망의 안정성이 그 자체로 중요한 가치가 됐다고 말했다. 이것이 “유럽산 전극의 명확한 장점”이라는 것이다.
드노라는 태양광 업계에서 경험한 것처럼 수소 산업이 해외로 완전히 빠져나갈 것을 두려워하지 않는다. 전해조는 태양광 모듈보다 제작과 운송이 훨씬 더 복잡하다. 가장 저렴한 기술이 아니라 가장 효율적이고 신뢰할 수 있는 기술을 제공하는 것이 중요하다. 적어도 이 점에서 독일 중소기업은 수소의 세계에서 여전히 앞서 있다.

ⓒ Der Spiegel 2024년 제25호
Stoff der geplatzten Träume
번역 황수경 위원