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중국종합연구 중국의 수소에너지 산업지원정책과 한중협력방안 에너지산업, 환경정책

저자 이상림, 안지영, 허예진, 양연빈, 이성규, Xunmin Ou 발간번호 22-85-04 발간일 2022.12.30

원문보기(다운로드:2,399) 저자별 보고서 주제별 보고서

탄소중립사회로의 전환이라는 시대적 배경 하에 수소는 수송, 산업, 발전, 건물 등 탄소 다배출 부문의 탈탄소화를 위해 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 2021년 말 기준 일본, 한국, 호주, 캐나다, 칠레, 체코, 프랑스, 독일, 헝가리, 네덜란드, 노르웨이, 포르투갈, 러시아, 스페인, 폴란드, 영국, 콜롬비아, 핀란드, 벨기에 등 30개 이상 국가가 수소산업 발전 관련 추진전략을 발표하였다. 전 세계 수소 수급 현황을 보면, 수소 공급량은 2020년에 약 9,000만 톤(90MtH₂)으로, 이 중 79%는 수소 제조 공장에서 화석연료 개질을 통해 생산되었고 나머지 21%는 부생수소(byproduct hydrogen) 형태로 생산되었다. 화석연료 개질수소 가운데 천연가스 기반 수소 생산량은 전 세계 수소 생산량의 약 60%이며 석탄 기반 수소 생산량은 약 19%로 중국이 주요 생산국이다. 그러나 청정수소(블루수소 및 그린수소) 생산량은 미미한 상황으로 캐나다와 미국은 전 세계 블루수소(CCUS와 연계한 화석연료 개질수소) 설비용량의 약 80%, 유럽은 전 세계 전해조 설비용량의 약 40%를 차지하고 있다. 수소 소비량은 2020년 기준 약 9,000만 톤(90MtH₂)으로, 정제 부문에서 원료나 에너지원으로 4,000만 톤(40MtH₂), 화학제품(암모니아, 메탄올 등) 생산 부문에서 4,500만 톤(45MtH₂), 철강 제조 공정에서 500만 톤(5MtH₂)이 소비되었다. 정제 부문에서는 유황 등 불순물을 제거하거나 중질유를 경질유로 변환시키기 위한 용도로 수소를 사용하고 있으며 산업 부문에서는 암모니아 생산, 메탄올 생산, 철강 제조 공정 등에서 수소를 사용하고 있다. 수송 부문의 수소 사용량은 2만 톤(20 ktH₂) 이하(전체 수소 수요의 0.02%)로 미미한 수준이다.

이와 같이 현재 수소는 정제와 산업 부문에서 주로 소비되고 있으나, 친환경 에너지원으로 사용되는 비중은 미미하다. 2020년 기준 전 세계 최종 에너지 소비에서 수소 및 수소 기반 연료 비중은 0.1% 이하로 파악된다. DNV(2022)는 2050 탄소중립 달성을 위해서 수소가 2050년 세계 에너지 소비의 약 15%가량을 차지해야 하지만 현재 발전 추세대로 라면 약 5% 가량을 차지할 것으로 다소 보수적으로 전망하며, 수소산업 발전을 위한 정부의 강력한 정책 추진 의지를 강조하고 있다. 정부 주도로 수소산업 발전을 추진 중인 국가 중, 중국은 현재 전 세계에서 수소를 가장 많이 소비하고 있으며, 최근 중국내 중앙정부 차원에서 처음으로 수소산업 관련 정책을 발표하여 주목받고 있다. 중국의 수소 수요는 2020년 기준 약 2,500만 톤으로 세계 최대 소비국(전 세계 수소 소비량의 28%)이며 주로 석유 정제(900만 톤) 및 화학(1,650만 톤) 부문에서 소비되었다. 그러나 에너지원으로의 수소 소비량은 미미한 수준이다. 중국의 수소 공급은 주로 석탄(60%) 및 천연가스(25%) 등 화석연료 기반 개질수소이며 나머지는 석유 정제 및 화학 부문(주로 암모니아나 메탄올 생산 과정)에서 생산되는 부생수소(15%)이다. 그러나 재생에너지 기반 수소(그린수소) 생산량은 미미한 수준이다. 중국은 2021년 3월 발표된 14차 5개년 규획(2021~2025년)에서는 최초로 수소를 주요 에너지원의 하나로 포함시켰으며, 2022년 3월에는 중앙정부 차원으로는 최초로 국가발전개혁위원회(NDRC)와 국가에너지국(NEA)이 ‘중장기 수소에너지계획(2021~2035년)’을 발표하였다. ‘중장기 수소에너지계획’에서 중국은 세계 1위의 재생에너지 설비용량 국가로서 높은 저탄소 청정수소 공급 잠재력을 보유하고 수소에너지 산업도 긍정적인 발전 양상을 보이고 있으나, 종합적으로 볼 때 자국의 수소에너지 산업이 발전 초기단계라고 평가하며, 2025년까지 연료전지차 5만 대 보급, 연간 그린수소 10~20만 톤 생산, 이산화탄소 배출량 연간 100~200만 톤 감축이라는 구체적인 수치를 제시하였다. 또한 2025년까지 전주기 기술을 개발하고, 2030년까지 비교적 완비된 수소에너지 산업 기술 혁신 시스템과 그린수소 생산 및 공급 시스템을 갖추며, 2035년까지는 운송, 에너지 저장, 산업 전반에서 수소를 활용하는 시스템 구축을 목표로 하고 있다. BNEF(2022a)는 NDRC의 그린수소 공급 목표량을 달성하기 위해서 0.7~1.4GW 규모의 전해조 설비용량이 필요할 것으로 예상하고 있으며, 현재 중국에서 진행되고 있는 전해조 관련 프로젝트 규모를 고려할 때 큰 어려움 없이 달성할 것으로 보고 있다. 또한 BNEF(2022a)는 2021년 9월 수소 연료전지차 시범도시로 선정된 5개 권역의 수소 연료전지차 보급 목표가 4만 대 수준인 것을 토대로 수소 연료전지차 보급 목표 대수도 무난히 달성할 것으로 예상하고 있다.

중국의 수소에너지 공급 부문은 전반적으로 석탄을 원료로 사용하여 수소를 생산하고 있으며 석탄 가스화를 통한 수소 생산방식이 주로 사용되고 있다. 또한 중국은 경질탄화수소(프로판 탈수소화, 에탄 분해), 클로르-알칼리 화학, 코크스 가스, 암모니아 및 메탄 합성 등 전통 석유화학산업의 기술을 바탕으로 부생수소 생산에 유리한 기반을 확보하고 있다. 중국 산업부문의 부생수소 배출 현황을 살펴보면 공급 잠재량은 약 450만 톤/년(프로판 30만 톤, 클로르-알칼리 33만 톤, 코크스 271만 톤, 암모니아 및 메탄올 118만 톤)에 달할 것으로 추정되며, 이는 2020년 기준 중국 전체 수소 소비량(약 2,500만 톤)의 약 18%이다. 중국의 화석연료 기반 그레이 수소 생산 비용(석탄개질 수소 0.9~1.9달러)은 전 세계적으로 우위를 점하고 있어 대규모 수소에너지 활용을 위한 수소 공급 여건을 어느 정도 갖춘 것으로 판단된다. 다만, 중국은 장기적으로 2060년 탄소중립 달성을 위해 그레이 수소 생산을 청정수소 생산으로 전환해야 하는 상황으로 알카라인 수전해 기술의 성숙, 전해조 제조비용 및 재생에너지 발전 비용의 하락 등을 감안할 때 향후 청정수소 생산 잠재력이 높은 것으로 판단된다. IEA(2021)는 중국이 유럽 다음으로 주요한 전해조 제조국가로서 규모의 경제, 자동화, 학습을 통한 기술 향상, 공급자 간 경쟁 등을 통해 전해조 가격을 점차 낮추어 전해조 설비용량을 현재 100MW 이하에서 2030년 25GW, 2060년 750GW까지 확대하여 전 세계 전해조 설비규모의 약 40%를 차지할 것으로 전망하고 있다. 또한 CCUS와 연계한 화석연료 개질 수소는 수전해 수소 대비 생산비용은 낮으나 CO2를 포집하고 운송 인프라 구축 시간이 오래 걸리기 때문에 인프라의 영향을 덜 받고 설비를 유연하고 대량으로 설치할 수 있는 수전해 수소 생산 방식이 중국의 청정수소 주요 생산기술이 될 것으로 예상하고 있다. 

중국의 수소에너지 수요 부문에서 현재 석유 정제 및 화학 부문에서 대부분 소비되고 있지만, 장기적으로 수송 및 산업 부문이 수요를 견인할 것으로 예상된다. 수송 부문에서 중국은 중앙정부와 지방 정부 차원에서 기술 연구 및 개발, 보조금과 같은 인센티브 제도, 충전소와 같은 인프라 확충, 연료전지차 시범 운영 사업 등을 수행하여 수송 부문에서의 수소 활용을 지원하고 있다. 현 단계에서 수소 연료전지차는 정부의 보조금과 정책 지원에 의존하여 발전하고 있지만, 향후 2~30년 내에 연료전지 기술의 발전과 규모의 경제 효과에 따라 생산단가가 하락하고 점차적으로 정책 지원에서 벗어나 시장원리에 따라 자체적으로 수요를 창출할 것으로 예상된다. 다만, 계획 단계에 있는 과제들이 어떠한 메커니즘을 통해 실현될 수 있을지 계속적인 모니터링이 필요할 것으로 보인다. 2021년 기준 중국의 수소 연료전지차 보급 대수는 7,600대(수소 버스 6,000대, 수소 트럭 1,600대)이며 중앙정부 차원에서 수소 연료전지차 보급 확대를 위해 5개 시범 도시를 선정하여 2025년까지 약 40,000대까지 확대할 것을 목표로 하고 있으며 이와 관련 5개 시범 도시에 4년 간 2억 5천만 달러 규모의 자금을 지원할 계획이다. 다만 수소 연료전지차 보급과 관련하여 가장 큰 걸림돌이 되는 것은 수소 충전소의 부족인데, 현재 중국의 수소 충전소 수는 269개로 전기차 충전소 1,003,000개와 비교할 때 매우 적은 편이다. 산업부문에서 대규모 수소 이용은 중국의 현실적인 선택이고 동 부문에 대한 심층 탈탄소화(deep decarbonization)를 확대할 것으로 보인다. 중국은 세계에서 가장 큰 철강, 시멘트, 합성 암모니아 생산국으로 각 산업 생산 공정에서 고급 열에너지가 필요하므로 심층 탈탄소화 실현을 위한 혁신적인 기술 개발이 필요하다. 특히 철강산업의 수소 제강 혁신은 탈탄소화와 더불어 여러 이해관계자에게 이득과 기회를 제공할 가능성이 있다. 이를 위해서 그린 수소 공급과 그린 수소 인프라 구축이 필수적이고 철강산업의 전면적인 재배치가 불가피할 것으로 예상되므로 향후 새롭게 구축될 중국의 철강산업 생태계, 가치사슬, 공급망 등을 주의 깊게 살펴볼 필요가 있다. 중국의 발전 및 난방 부문에서의 수소 활용은 아직 기술이 성숙하지 않은 연구 개발 단계이거나 시범사업 단계로 수소 에너지를 이용한 발전 사례와 연료전지 열병합발전 시스템 사업의 경우 높은 발전 원가로 인해 아직 널리 사용되고 있지 못한 것으로 파악된다.

중국의 산업정책, 산업 현황, 기술 동향 등을 종합적으로 살펴볼 때, 중국은 수소 에너지 ‘생산-저장-운송-충전-활용’ 부문에서 기본적인 산업 밸류체인을 갖추고 있다고 판단된다. 중국은 완비된 중화학 산업 밸류체인을 기반으로 수소 생산량과 생산비용 면에서 우위를 점하여 대규모 수소에너지 활용을 위한 수소 공급 조건과 시장을 어느 정도 갖추고 있고, 수소 연료전지 및 수소 연료전지차 보급을 확대하고 핵심 기술 개발을 위해 글로벌 기업과 협력을 추진하는 등 수소에너지 산업육성을 적극적으로 추진하고 있다는 점에서 시장 잠재력이 크다. 이렇듯 중국은 정부의 적극적인 지원하에 청정 수소 최대 수요국이자 생산국이 되고, 세계 최대 규모의 수소 연료전지차 시장으로 성장할 가능성이 높기 때문에 한·중 양국은 상호 비교우위가 높은 분야에서의 기술협력을 통해 수소에너지 전 분야에 걸쳐 핵심 기술 개발 및 고도화를 꾀하고 중국 내 한국 수소 연료전지차 시장 점유율을 확보하여 중국 시장 진출 기회를 확대할 수 있을 것이다. 이와 관련하여 한·중 양국의 중점협력 가능분야는 첫째, 수소 연료전지차 개발 분야, 둘째, 수소에너지 건물 분야, 셋째, 그린수소 생산 분야, 마지막으로 국제규범 마련을 위한 국제협력 분야이다. 수소 연료전지차 개발 분야에서 한국은 연료전지차의 생산기술과 응용, 관련 기업의 국제협력과 투자에서 우위를 점하고 있다. 양국은 연료전지차 분야 협력을 강화하고 수소에너지 개발에서 각자의 강점을 최대한 발휘하여 산업기술의 연구개발 및 혁신을 공동으로 추진하고 관련 국제 기업과의 협력, 교류 및 투자를 강화하여 양국 연료전지차 산업의 발전을 촉진할 필요가 있다. 단, 양국 내 수소 산업에 적용되는 법·제도에 관해서는 논의가 필요할 것으로 보이는데, 중국 내 수소 산업 생태계 전반에 대한 기술 표준 및 인증, 안전 관리 규정 등이 한국 기업의 중국시장 진출에 걸림돌이 되지 않도록 사전에 양국이 수소 관련 기술 및 제품에 대한 표준과 기준 마련에 대한 조율이 이루어져야 할 것이다. 수소에너지 건물 분야에서 중국은 에너지 절약 및 효율 향상 분야에서 거대한 시장을 보유하고 있으며 이 분야는 한·중 양국의 전통적인 협력 분야이다. 특히, 중국과 한국은 제로 에너지 건축물/넷 제로 에너지 빌딩의 기술 개발 및 실증 추진, 청정 난방 등 분야에서 중점적으로 협력할 수 있다. 또한 중국의 중앙정부와 지방정부 차원에서 건물용 연료전지 보급에 대한 적극적인 정책 지원을 수행한다면 한국 업체들이 중국 기업과의 협력을 통해 중국형 건물용 수소연료전지 연구개발, 생산, 판매 등의 활동을 확대할 수 있을 것으로 예상된다. 그린수소 생산 분야에서 수전해 기반의 그린수소 생산은 양국 모두 실증 연구 단계에 있어 대규모 그린수소 생산 프로젝트 발굴을 통한 안정적인 수소 공급 시스템 개발이 필수적이다. 안정적인 그린수소 공급 기반 확충을 위해서는 저비용 재생에너지 전력 공급이 필수적인데, 한국은 재생에너지 발전여건이 좋지 않고 그린수소 생산을 위한 재생에너지 전력비용이 따로 책정되어 있지 않아서 그린수소 생산 기술 개발 및 상용화 프로젝트 추진에 어려움이 있다. 반면 중국은 광대한 영토의 이점을 활용하여 풍력, 태양광, 수력, 바이오매스 등 다양한 신재생에너지 전원을 확대하고 있으며, 이미 매년 약 1천억 kwh의 잉여전력이 발생한다는 점에서 그린수소 생산 여건이 좋은 국가로 평가받고 있다. 중국과 한국은 태양광 기반 수전해 수소생산, 해상 풍력 기반 수소 생산 등 그린수소 생산 분야에서 기술협력과 연구교류를 강화하여 수소에너지 산업 밸류체인에서 각자의 강점을 발휘하고 발전을 촉진할 수 있을 것이다. 마지막으로 국제규범 부문, 한·중 양국은 글로벌 수소 경제를 위한 국제 규범 마련을 위해 협력할 필요가 있다. 중국은 2020년 12월 청정수소 인증제를 전 세계 최초로 제정한 바 있으며, 중국 수소연맹은 ‘저탄소 수소, 청정수소 및 재생에너지원 수소의 표준과 평가’를 통해 수소 분류기준을 발표하고 시행해왔다. 청정수소 인증제는 한국을 포함한 여러 국가에서 청정수소 경제를 활성화하기 위한 핵심적인 정책수단으로 여겨지고 있는데, 한국은 현재 청정수소 인증제도를 수립 중에 있으며, 청정수소 인증제에 필요한 전과정평가(Life Cycle Assessment) 방법에 대한 국제적 논의를 진행 중이다. 양국의 청정수소 인증제도 수립 과정 및 추진 경과를 공유하고 제도 도입 과정에서 공통적으로 필요한 기술적, 학술적, 정책적 이슈를 함께 논의할 필요가 있다.

양국의 수소에너지 산업 정책과 여건을 살펴볼 때 한·중 수소에너지 협력은 민간 기업 간 기술·사업 협력을 통해 이루어지는 것이 가장 효과적일 것으로 판단된다. 중국과 한국의 대표적인 민간 기업은 이미 다수의 협력 사업을 통해 수소에너지 분야 사업 경험을 축적해오고 있으므로 이러한 협력 경험을 바탕으로 지속적인 공동 연구 및 공동 사업 발굴이 가능할 것으로 생각된다. 또한, 중국 시장 진출 혹은 중국과의 공동 사업을 발굴하고자 하는 한국 기업은 중국 내 각 지방 정부와의 협력을 고려할 필요가 있다. 지방 정부가 지역의 수소에너지 산업 발전을 위해 수립한 지원 정책을 활용하여 중국 시장 진출의 기반을 만들어나갈 수 있을 것이다. 이와 더불어 지방 정부와의 협력을 통해 공동 연구나 산업 단지를 조성하는 것과 같은 대규모 협력 사업은 우리 정부가 기존의 협력 채널을 활용하여 정책적·외교적 지원을 충분히 해주어야 할 것이다. 양국 정부의 적극적인 지원을 바탕으로 한·중 수소에너지 산업 협력이 추진된다면 향후 전 세계 수소 산업에서 양국의 글로벌 경쟁력이 함께 제고될 수 있을 것이다. 다만, 현재 글로벌 공급망은 미국을 중심으로 재편되는 국면으로 경제 안보 차원에서 대중국 의존도를 낮추어야 한다는 견해도 있으므로 구체적인 협력방안에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 보인다.
❙국문요약

❙제1장  서론
1. 연구의 필요성 및 목적
2. 선행연구 검토
3. 연구방법 및 기대효과
❙제2장  중국 수소에너지 산업 지원 정책
1. 중앙정부 수소에너지 산업 지원 정책
2. 지방정부 수소에너지 산업 지원 정책
3. 소결

❙제3장  중국 수소에너지 산업 현황 및 전망
1. 수소에너지 산업 개요
2. 수소에너지 공급 부문
3. 수소에너지 수요 부문

❙제4장  한·중 수소에너지 협력 방안
1. 한·중 수소에너지 협력 가능성 검토
2. 한·중 수소에너지 협력 전략
3. 소결

❙제5장  요약 및 결론
1. 요약
2. 정책적 제언
❙참고문헌

❙부 록


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