신한금융투자_에너지_210705
'그린에너지'
*결론 요약*
화석연료에서 친환경 전력으로 에너지 패러다임이 일어날 것임.
이때 수소와 탄소포집장치(CCUS)가 궁극적 해결책이 될 것으로 전망된다.
수소는 이동이 가능한 유일한 재생에너지라, 원유의 빈자리를 수소가 대체할 것으로 예상되고 탄소포집장치(CCUS)는 수소로 가는 과도기에 중요한 역할을 할 기술로 자리매김할 것이다.
→ 이러한 수소 산업과 CCUS의 기초 개념 & 밸류 체인에 대해서 알아보자!
1. 에너지 패러다임의 변화 - 원유에서 친환경 전력으로
현재 인류의 에너지원 중 원유 비중이 38%에 달한다. 산유국인 중동과 미국, 러시아가 글로벌 정세에 미치는 영향이 큰 이유도 이처럼 원유 비중이 압도적이기 때문이다.
2020년에 그린 뉴딜이 선포되면서 이러한 에너지 패러다임에 변화가 생겼다.
화석 연료를 친환경 재생 에너지로 전환하는 움직임이 본격화되었고, 주 에너지원인 원유를 친환경 전력으로 대체하고자 노력하고 있다.
이때, 태양광과풍력 같은 재생에너지가 친환경 전력을 만드는 데 주 에너지원이 될 것이고
-> 태양광, 풍력수요가 증가하면서 수소와 CCUS의 필요성이 급격히 부각되고 있다.
재생에너지는 특정 시간대에만 생산이 집중되는 문제가 있는데, 특정 시간대에 과잉 공급되는 전력의 저장이 필요하고 이때 수소가 그 해결책 중 하나이다. 수소는 에너지 저장과 생산 모두 가능하기 때문이다.
또한, 특정 산업공정에 사용되는 에너지원을 단번에 전력으로 전환하는 것은 한계가 있다. 이때 CCUS가 사용될 수 있다. CCUS는 탄소를 포집해 활용 및 저장하는 기술이다. 친환경 에너지로 전환이 어려운 공정은 기존 화석연료를 사용하되 배출되는 이산화탄소만 포집해 제거할 수 있다.
2. 수소 산업에 대해 이해해보자.
▶ 수소는 어떻게 에너지원이 될 수 있는가
이온화된 수소 분자는(H2) 산소(O2)와 결합할 때 전기가 발생된다. 이 전기를 에너지로 사용하는 것이다.
그러나, 자연상태에서는 수소가 분자 상태로 존재하지 않기 때문에 다른 에너지원을 사용하여 이를 얻어야 한다.
또, 이렇게 얻은 수소는 장거리 운송이 가능하다. 수소만 재생에너지 중 유일하게 이동,운반이 가능하다.
따라서, 수소 산업의 밸류체인은 수소를 ①생산 - 이를 ②운송 - 그리고 ③활용 의 과정을 거친다.
▶ 수소는 생산 방식에 따라 세 가지인 그레이, 블루, 그린 수소로 나뉜다.
그레이수소는 화석연료 가공 과정에서 나오는 부산물 수소를,
블루수소는 그레이 수소에 CCUS(탄소포집장치)를 장착해 이산화탄소를 제거한 수소를,
그린수소는 재생에너지 전력(태양광, 풍력)을 사용해 만든 친환경 수소를 말한다.
현재는 '그레이수소'는 비중이 90%로 가장 효율적인 생산 방식이나 생산 과정에서 Co2가 발생하기 때문에 친환경 적이진 않다.
'블루수소'는 그레이수소의 Co2를 포집해 제거하고, 따로 저장해놓기 때문에 Co2 배출량이 적어 더 친환경적이다.
진정한 의미의 친환경 수소는 바로 '그린 수소'다. 태양광 풍력에서 생산된 전기 중 잉여 전력으로 물을 수전해하여 수소를 얻는다. 생산 과정에서 온실가스가 발생하지 않고, 특정 시간대에 생산이 편중된다는 재생에너지의 변동성을 완벽히 상호 보완할 수 있기 때문에 궁극적으로 그린 수소로 가는 걸 지향하고 있다.
▶ 글로벌 수소의 사용처는 어떻게 되나
글로벌 수소 수요는 2050년까지 6배 증가할 전망이다.
현재 수소는 정유·화학 공정에서 90%가 사용되고 있으나, 앞으로 운송용이 40%로 수소차에 들어가는 수소 연료전지로 사용될 것이며, 발전용으로 20%가 사용될 것으로 사용처가 다각화될 것으로 전망된다.
▶ 수소 산업의 밸류 체인
수소 산업의 밸류체인은 수소를 ①생산 → ②운송 → ③활용으로 이루어져 있다.
》 생산은 그레이, 블루, 그린 - 세 가지 형태로 생산할 수 있다.
특히, 그린 수소의 경우 태양광이나 풍력 발전에서 남은 잉여 전기로 수소를 만드는 것이 특징인데 어느 것이 유리하냐고 물으면 해상풍력 방식이 유리하다. 해상풍력을 이용하면 보다 안정적인 에너지 확보가 가능하다.
하루 중 발전할 수 있는 시간을 고려한 발전 이용률은 태양광이 14%, 육상풍력이 25%인데, 해상풍력은 33%다.
하루 24시간 중 대략 8시간은 발전소를 돌릴 수 있다는 소리.
또한 해상풍력 회사에게도 수소 생산을 같이하면 전기를 케이블로 이동시키는 게 아니고 수소로 만들어서 옮기면 되기 때문에 케이블 길이를 줄일 수 있다. 경제적으로도 유리하다.
따라서 많은 해상풍력 회사에서 수소 발전 개발을 시도하고 있다.
》 운반은 수소를 압축해 튜브트레일러로 옮기는 기체수소 방식, -253도로 냉각해서 보내는 액화수소 방식, 암모니아 전환 방식, 파이프라인 방식, 유기화합물을 이용한 액상 방식으로 나뉜다.
이러한 운반은 이동 거리와 용량에 따라 적합한 방식이 나뉜다. 도심 내 단거리 저용량은 기체수소, 장거리 대용량은 액화수소, 국가 간 이동은 파이프라인, 대륙간 이동은 암모니아 및 액상 방식이 유리하다.
》 활용은 수소를 어디에 쓸지에 대한 부분이다.
수소 전방산업이 근본적으로 활성화되고 다각화되려면 경제성 확보가 중요하다.
경제성 확보를 위해선 우선적으로 생산 가격의 하락이 우선이며, 그레이수소가 아닌 그린수소의 원가절감이 필요하다. 그린수소가 현재 6달러인 반면 그레이수소는 2달러, 블루수소는 3달러이다. (kg당)
현재 충전소에서 최종적으로 주유되는 수소 가격은 kg당 13~16달러인데, 유럽은 기술투자와 경제성 확보를 통해 충전소에서의 가격을 3~7달러로 목표하고 있다.
그린수소를 생산하는 수전해설비는 물을 전기 분해하는 설비로서 원료가 전기이다.
그린수소 생산에 있어 전력비가 원가 중 차지하는 비중은 45%이며, 수전해설비 설치 비용이 50%이다.
전력비는 재생에너지 기술발전과 함께 감소할 전망이고, 수전해설비 비용 또한 다수의 신규 업체 진출과 기존 업체들의 증설로 빠른 하락세가 예상되고 있다.
2. CCUS(탄소포집장치)에 대해 이해해보자.
▶ CCUS는 어떤 것인가
CCUS는 다량의 이산화탄소 배출원에서 발생한 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 사용 및 저장하는 기술이다.
이러한 CCUS는 정유, 석유화학, 철강 등 이산화탄소 고배출 산업에서 한정적으로 사용돼왔으나 경제성 부족으로 성장이 크게 이뤄지진 못했다.
현재 탄소포집 비용은 톤당 70달러 수준이라, 너무 비싸서 기업들이 CCUS를 설치할 이유가 없었다.
하지만 현재는 글로벌적으로 탄소 국경세와 탄소세 확산, 증가에 따라 CCUS의 가격 경쟁력이 확보되고 있다. 탄소세 때문에 기존의 화력발전소에서 CCUS를 설치 안 해서 생기는 탄소세 지출비보다 CCUS를 설치하는 게 더 싸졌기 때문이다.
때문에, 수소를 생산하는 과정에서 CCUS를 부착한, 즉 천연가스와 석탄을 활용하되 탄소를 제거한 블루수소는 현재 그린수소 대비 가격 경쟁력을 갖춘 상황이다.
-> 따라서 CCUS는 이러한 블루수소의 활용을 촉진함으로써 그린수소로 대체되는 이 에너지 패러다임의 교두보 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
▶ 포집된 이산화탄소는 어떻게 처리하나
포집된 Co2의 활용 방안 중 현재 가장 경제성을 갖춘 것은 EOR이다.
EOR은 Enhaced Oil Recovery, 원유 회수 증진법의 약어로,
쉽게 말해서 석유를 시추하는 남은 공간에 CCUS로 포집한 이산화탄소를 주입해놓는 것이다.
이렇게 하면 넣어준 Co2가 석유를 밀어 올리기 때문에 석유가 더 잘 시추될뿐더러, 저장 공간을 따로 구비할 필요가 없어서 CCUS 비용도 줄일 수 있다. 석유 회수율과 경제성 모두 확보가 가능하다.
신재생 에너지에서 가장 유망한 수소 산업과 CCUS에 대해서 알아보았습니다!
아래는 원문 리포트 자료입니다. 글에선 안 다룬 관련 기업들 소개도 나와있으니 참고해보세요.
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