IEA 수소 생산 프로젝트 데이터를 활용한

글로벌 수소 기술 개발 동향 분석

안지석, 최지영, 이화랑, 서정윤

탄소중립을 위한 에너지 시스템의 전환 과정에서 수소는 중요한 역할을 할 것으로 예상되며,
이에 전 세계적으로 수소 관련 인프라 개발과 설비 도입을 위한 다양한 노력이 진행되고 있다.
국제에너지기구(IEA)는 2023년 10월 Hydrogen production projects 데이터를 공개하였고,
이 데이터를 통해 전 세계의 수소 생산 프로젝트 관련 정보를 제공하고 있다.
이번 분석에서는 수소 생산 프로젝트 데이터를 활용하여 주요 수소 생산 기술, 국가별 프로젝트 진행 상황 등에 살펴보도록 한다.

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수소의 역할

수소는 산소와 화학반응을 할 때 열과 전기가 생산된다. 지구온난화의 주 원인인 이산화탄소를 배출하는 화석연료와 달리 수소의 반응은 부산물로 순수한 물만을 남기기에, 수소는 화석연료를 대체할 친환경 에너지로 주목을 받고 있다. 특히, 장거리 운송 산업, 화학 산업, 철강 산업 등에서 사용되는 화석연료를 수소로 대체하여 산업 부문의 탈탄소화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

IEA 수소 생산 프로젝트 데이터 개요

IEA hydrogen production projects는 에너지 또는 기후변화 완화를 목적으로 하는 전 세계의 수소 생산 프로젝트 관련 정보를 담고 있다. 기존 적용처의 수소 생산과 관련된 배출량을 줄이는 것이 목표인 프로젝트, 에너지 운반체 또는 산업 원료로 수소를 도입하는 것을 목표로 하는 프로젝트 등을 포함한다. 계획 중이거나 건설 중인 프로젝트 또한 포함한다.

이들 프로젝트는 수소 생산 기술(수전해 기술, 화석연료와 CCUS를 함께 이용한 기술, 바이오매스 이용 기술 등), 프로젝트를 통해 생산한 산출물(수소, 암모니아, 메탄올, 메탄, 합성 탄화수소 등), 최종 사용 부문 등의 정보를 포함하고 있다.

본 분석에서는 수소 생산 기술과 산출물로서의 수소에 초점을 두고 프로젝트 수, 프로젝트 단계, 수소 생산량을 다양한 관점에서 살펴보도록 한다. 아래 표는 수소 생산 기술별 세부 분류와 기술별 간략한 설명을 담고 있다. 이후의 설명은 아래 표의 생산기술 분류를 기준으로 한다.

수소공급기술

Iea[International Energy Agency] 로고
수전해
  • ALK

    Alkaline electrolysis

    알칼라인 수전해

  • PEM

    Proton exchange membrane electrolysis

    고분자전해질막 수전해

  • SOEC

    Solid oxide electrolysis cells

    고체산화물 수전해

  • Unknown PtX

    알려지지 않음

화석연료 CO₂ 포집
  • Coal w CCUS (석탄 + CCUS)

    석탄(모든 종류의 석탄 및 파생물)을 가스화하여 수소를 생산하고, 이 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집, 활용 및 저장하는 방식

  • NG w CCUS (천연가스 + CCUS)

    천연가스 개질(증기 개질, 자열 개질 또는 기타 첨단 개질 기술)을 통해 수소를 생산하고, 이 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집, 활용 및 저장하는 방식

  • Oil w CCUS (석유 + CCUS)

    석유 기반 공정(개질, 분해 또는 석유 제품의 가스화)을 통해 수소를 생산하고, 이 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집, 활용 및 저장하는 방식

바이오매스

  • 이 카테고리에는 바이오매스 또는 폐기물 가스화, 바이오가스 열분해, 바이오가스 개질 또는 막 분리 같은 바이오매스 기반 기술이 포함

세부기술-산출물-프로젝트 진행 현황

앞선 표에서와 같이 수소 생산 기술은 크게 수전해 기술, 화석연료와 CCUS를 함께 이용한 기술, 바이오매스를 이용한 기술로 구분할 수 있다. IEA 수소 생산 프로젝트 데이터 상 전체 프로젝트는 총 1,980개이며, 이 중 수전해 1,747개(88%), 화석연료와 CCUS를 함께 이용한 기술 160개(8%), Biomass 45개(2%), 기타 28개(1%)이다.

  • 1747
    Water electrolvsis
  • 160
  • 45
  • 28

프로젝트 데이터를 설비 용량 기준이 아닌 개수 기준으로 파악한 이유는, 설비 용량이 포함되어 있지 않은 데이터가 상당 부분 존재하기 때문이다. 용량을 기준으로 보면 누락되는 프로젝트가 많이 발생할 수 있기 때문에, 프로젝트 개수 기준으로 분석을 수행하였다.

IEA 수소 생산 프로젝트 기술분류별 프로젝트 개수 및 산출물

기타 수전해 PEM ALK SOEC NG w CCUS Biomass w CCUS Oil w CCUS Coal w CCUS Biomass Other 수전해 화석연료 CO₂ 포집 바이오매스 기타 1,101 338 260 48 125 16 11 8 45 28 산출물 Ammonia CH₄ H₂ LOHC MeOH Synfuels Various

Source : IEA (2023), Hydrogen Projects Database

IEA 수소 생산 프로젝트 데이터는 수전해 기술을 기타 수전해(Other electrolysis), 양성자 교환막 수전해(Proton Exchange Menbrane Electrolysis, PEM), 알칼라인 수전해(Alkaline Electrolysis, ALK), 고체산화물 수전해(Solid Oxide Elctolysis Cell, SOEC)로 구분하고 있다.
전체 수전해 프로젝트는 총 1,747개인데, 기타 수전해 1,101개(63%), PEM 338개(19%), ALK 260개(15%), SOEC 48개(3%) 순으로 확인된다.
CCUS 기술과 결합한 화석연료 활용 프로젝트는 총 160개이며, 이 중 천연가스 개질과 CCUS를 함께 적용하는 프로젝트(NG w CCUS)가 125개(78%)로 가장 많은 것을 확인할 수 있다.
바이오매스는 폐기물 가스화, 바이오가스 열분해, 바이오가스 개질 또는 막 분리와 같은 바이오매스 기반 기술을 포함한다.
수소() 생산 프로젝트의 산출물의 대부분은 수소(H2)이며, 그 외 암모니아(Ammonia), 메탄(CH4), 액상유기수소운반체(LOHC) 등이 포함되어 있다.
수전해 프로젝트의 경우 대부분의 산출물은 수소(H2)인데, 기타 수전해(Other Electorylysis) 프로젝트는 타 수전해 프로젝트 대비 암모니아()를 산출하는 프로젝트가 많은 것을 확인할 수 있다.
또한 천연가스 개질과 CCUS를 함께 적용하는 프로젝트의 경우 대부분의 산출물은 수소이지만, 일부 프로젝트의 산출물은 암모니아()로 확인된다.

IEA 수소 생산 프로젝트 기술분류-단계별 프로젝트 개수 및 산출물