SK·포스코가 생산한 수소, 현대차가 활용…한화·효성도 수소차 부품·소재 강자 노린다
[스페셜 리포트]
수소차 개발 노하우로 ‘동맹’ 강화하는 현대차
현대차그룹은 수소 사회 구현을 위한 ‘개방형 혁신’에 속도를 내고 있다. 자동차를 넘어 에너지 등 이종 산업과의 협력을 통해 수소 생태계 구축에 앞장선다는 목표다. 현대차그룹과 SK그룹은 3월 2일 SK인천석유화학 공장에서 수소전기차 공급 확대 등의 내용이 담긴 양해각서(MOU)를 맺었다. SK그룹은 향후 사업장에서 운영하는 차량 1500여 대를 모두 수소전기차로 바꾸기로 했다. 현대차는 2022년부터 수소카고트럭을, 2024년부터 수소트랙터를 SK에 제공한다.
두 그룹은 수소전기차와 초고속 전기차 충전 인프라를 구축하는 데도 힘을 모은다. SK는 내년 말까지 인천과 울산 지역의 물류 서비스 거점인 SK내트럭하우스에 상용차용 수소 충전소를 1기씩 설치할 계획이다. 전국의 SK 주유소에 수소 충전기와 전기차 급속 충전기(200kW급)를 설치하는 방안도 협의하기로 했다.
정의선 현대차그룹 회장은 “SK그룹과의 협력을 통해 수소의 생산·유통·활용이 유기적으로 이뤄지는 건전한 수소 생태계를 구축하겠다”며 “성공적인 에너지 전환을 통해 수소 사회의 실현을 한 발 앞당길 것”이라고 말했다.
최태원 SK 회장은 “수소는 기후에 영향을 받지 않고 생산에 소요되는 부지 면적도 작아 한국의 환경에 적합한 친환경 에너지”라며 “한국 수소 생태계 조성에 앞장서 ‘2050 탄소 중립’ 실현을 위한 기업의 책임을 다하겠다”고 말했다.
현대차그룹은 앞서 포스코그룹과 수소 생태계 구축을 위해 협력하기로 합의하기도 했다. 두 그룹은 2월 16일 경북 포항 포스코 청송대에서 ‘수소 사업 협력에 관한 업무협약’을 체결했다. 포스코는 포항과 광양제철소에서 운영하는 차량 1500대를 현대차의 수소전기차로 교체하기로 했다. 제철소 안에 수소 충전소도 조성한다. 수소전기차용 차세대 소재 개발과 적용 연구에서도 협업한다. 양 사는 자체적으로 추진 중인 수소 사업에서도 힘을 모으기로 했다. 해외의 수소 생산 관련 프로젝트에 함께 참여하는 방안도 모색한다.
최정우 포스코 회장은 “포스코그룹이 수소를 생산·공급하고 현대차가 이를 활용하는 관점에서 다양한 협력 기회를 찾을 것”이라고 말했다.
현대차그룹은 글로벌 시장에 수소전기차를 보급하는 데도 속도를 내고 있다. 지난해 7월 세계 최초로 양산한 수소전기 대형 트럭 ‘엑시언트’를 스위스 에너지 기업 H2에너지(H2E)와의 합작 법인인 ‘현대 하이드로젠 모빌리티’에 수출했다. 2025년까지 총 1600대를 공급한다. 지난해 9월에는 수소전기차 넥쏘와 수소전기버스 ‘일렉시티’를 사우디아라비아 아람코에 인도했다. 중동 지역에 석유가 아닌 수소를 에너지원으로 하는 친환경차를 처음 수출한 사례였다.
현대차그룹은 지난해 12월 10일 ‘최고경영자(CEO) 인베스터 데이’에서 공개한 수정 ‘2025 전략’에서 수소 생태계 이니셔티브를 확보하기 위해 2030년까지 11조1000억원을 투자할 계획이라고 발표했다.
세계 1위 수소 기업 노리는 SK
SK의 수소 생태계 조성 전략은 크게 두 단계로 진행된다. 1단계로 2023년까지 인천시의 ‘바이오·부생 수소 생산 클러스터 구축 사업’과 연계해 ‘부생 수소’ 기반의 세계 최대 규모인 액화 수소 3만 톤을 공급할 계획이다. 부생 수소는 석유·화학 공장 등의 시설에서 생산 공정 중 부가적으로 생산되는 수소를 뜻한다. 2단계로는 2025년까지 이산화탄소를 제거한 ‘청정 수소’ 25만 톤을 보령LNG터미널 인근 지역에서 추가 생산함으로써 글로벌 1위의 친환경 수소 기업을 달성한다는 목표다. 청정 수소는 수소 생산 과정에서 이산화탄소가 발생하지 않거나 발생한 이산화탄소를 포집·저장해 제거한 수소를 말한다.
SK가 1단계 목표로 생산하는 액화 수소 3만 톤은 수소전기 승용차 넥쏘 7만5000대가 동시에 지구 한 바퀴(약 4만6520km)를 도는 데 필요한 양이다. 나무 1200만 그루를 심는 것과 동일한 탄소 저감 효과로 수도권 대기 질 개선 등에 기여할 것으로 기대된다는 게 SK의 설명이다. 2단계 목표인 25만 톤을 추가 생산하게 되면 SK는 연간 총 28만 톤의 친환경 수소를 생산·공급할 수 있게 된다. SK는 관련 사업 역량을 활용해 궁극적으로 중국과 베트남 등에서 수소 사업을 추진할 계획이다.
SK 관계자는 “한국의 수소 생태계를 구축하는 과정에서 총 20만9000명의 고용 유발 효과와 사회·경제적 편익 34조1000억원을 창출할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
SK그룹의 수소 사업 추진 회사인 SK E&S는 1단계 목표 달성을 위해 약 5000억원을 투자해 액화 수소 생산 기지를 건설한다. 인천 원창동 일대 SK인천석유화학단지 내 4만2975㎡(1만3000평)의 부지를 매입해 연 3만 톤 규모의 수소 액화 수소 플랜트를 2023년까지 완공한다는 목표다. SK E&S는 SK인천석유화학으로부터 공급받은 부생 수소를 고순도로 정제하고 액체 형태로 가공한 뒤 수도권에 유통하게 된다. SK E&S는 특히 2025년까지 약 5조3000억원을 투자해 액화천연가스(LNG)에서 청정 수소를 생산하는 세계 최대 친환경 수소 생산 기지를 충남 보령에 지을 계획이다.
SK 관계자는 “이산화탄소 포집·처리 기술을 활용해 연 25만 톤 규모의 청정 수소를 단일 생산 기지에서 만들어 내는 계획은 SK E&S가 추진 중인 사업이 현재까지 유일하다”고 말했다.
SK는 친환경 수소의 유통 체계를 갖춰 나가는 데도 적극적으로 투자할 계획이다. 2025년까지 전국에 수소 충전소 100곳을 운영해 연 8만 톤 규모의 액화 수소를 공급하고 약 400MW 규모의 연료전지 발전소를 건설해 연 20만 톤의 수소를 전용 파이프라인을 통해 유통한다는 목표다. SK 관계자는 “‘환경·사회·지배구조(ESG)’ 경영의 핵심 영역이자 꿈의 에너지로 평가받는 수소 시장에서 글로벌 리더십을 확보하기 위해 다양한 파트너와의 협력을 기반으로 탄탄한 사업 구조를 구축해 나갈 것”이라고 말했다.
SK는 이와 관련해 최근 최대 주주 지위를 확보한 미국 수소 시장의 선도 기업인 플러그파워와 합작법인을 설립할 예정이다. 인천 액화 수소 사업 등 한국 수소 경제 생태계 구축에 플러그파워의 기술과 사업 경험을 적극 활용하고 아시아 수소 시장 진출을 위한 협력 관계도 구체화할 계획이다. SK는 지난 1월 말 주식 추가 매수 옵션을 바탕으로 총 1조8500억원(약 16억 달러)을 투자해 플러그파워 지분 약 10%를 확보한 바 있다.
포스코는 화석 연료 대신 수소를 활용한 철강 생산 기술인 ‘수소 환원 제철 기술’ 상용화에 고삐를 죄고 있다. 포스코는 지난해 말 2050년까지 탄소 중립을 자체 달성한다는 목표를 세웠다. 지난해 12월 21일 조직 개편과 정기 임원 인사에서 CEO 직속으로 ‘산업가스·수소사업부’와 제철 기술 개발 조직인 ‘저탄소공정연구그룹’을 각각 신설하며 수소 사업 진출을 선언했다.
포스코는 2050년 ‘탄소 제로’ 목표를 달성하기 위해 2030년 20%, 2040년 50% 감축이라는 중·단기 목표와 함께 단계적 실행 방안을 제시했다. 1단계로 에너지 효율 향상과 경제적 저탄소 원료로의 대체를 추진한다. 2단계로는 스크랩 활용의 고도화와 탄소 포집·저장·활용(CCUS) 등을 적용하기로 했다. 3단계에서는 수소 환원 제철 기술을 개발해 궁극적으로 재생에너지에 기반한 탄소 중립 제철 공정을 구현할 계획이다. 포스코는 수소 환원 제철 개발에 10조원을 투자한다.
포스코는 수소 사업 진출을 선언하며 2050년까지 연간 수소 500만 톤 생산 체제를 구축하겠다는 목표를 제시했다. 포스코는 현재 철강 제조 공정에서 발생하는 부생 가스와 LNG를 이용해 연 7000톤의 수소 생산 능력을 갖춘 상태다. 그중 약 3500톤의 부생 수소를 추출해 철강 생산 과정에서의 온도 조절과 산화 방지 등을 위해 사용하고 있다.
포스코는 특히 2050년까지 그린 수소를 기반으로 한 ‘수소 환원 제철소’를 만들어 철강 분야에서도 탈탄소·수소 시대를 연다는 목표다. 포스코 관계자는 “수소 환원 제철 공법을 상용화하면 연간 최대 370만 톤의 그린 수소가 필요할 것으로 보인다”며 “포스코는 세계 최대 수소 수요 업체이자 생산 업체로 도약하는 셈”이라고 말했다.
수소·항공 우주용 연료 탱크로 사업 넓히는 한화
한화솔루션은 그린 수소 생산 등 전 밸류 체인에서 사업 역량을 구축하고 있다. 한화솔루션 케미칼 부문은 전해조를 이용한 가성 소다 생산 기술 노하우를 보유하고 있는 만큼 그린 수소 생산의 핵심인 수전해 기술에서 경쟁사에 비해 유리한 위치에 있다는 게 회사 측의 설명이다. 한화솔루션은 지난해 말 기존 연구·개발(R&D) 투자와 별도로 강원도·한국가스기술공사와 함께 약 300억원을 들여 강원 평창에 그린 수소 실증 생산 단지를 구축하기로 합의하기도 했다. 독일 등 해외에서도 실증 사업을 벌여 세계 최고 수준의 경제성을 갖춘 그린 수소 생산 능력을 확보한다는 목표다. 2023년 말께 기술 개발 완료 이후에는 1차적으로 연 360MW 규모의 수전해 설비를 생산할 수 있는 상업화에 나설 예정이다.
한화솔루션은 이와 관련해 올해 초 기존 수전해기술개발팀을 ‘수소기술연구센터’로 확대 개편했다. 수전해 기술 분야를 이끌 외부 전문 인력을 대폭 충원해 그린 수소 대량 생산을 위한 기술력을 조기에 확보하기 위해서였다. 지난 2월 수전해 분야의 석학인 정훈택 미국 로스앨러모스 국립연구소(LALN) 수석연구원을 수소기술연구센터장으로 영입했다. 현재 세계적으로 상업화된 ‘알카라인 수전해 기술(AEC)’은 전력 소모가 많은 데다 전력 변화에 대응이 늦어 재생에너지로 생산하는 전력을 활용하는 데 한계가 있다. 정 센터장은 미국 에너지부의 연구 과제를 수행하며 쌓아 온 기술로 기존 방식의 단점을 보완한 설비를 개발할 예정이다.
한화솔루션은 수소전기차의 수소 저장 장치인 연료 탱크 부문에서도 경쟁력을 확보한 상태다. 수소 탱크는 고강도 플라스틱 복합 소재에 탄소 섬유를 감아 만든 연료 탱크다. 한화솔루션은 지난해 말 미국 고압 탱크 업체 시마론의 지분 100%를 인수하는 계약을 체결했다. 시마론은 2015년 미국 항공우주국(NASA)에서 독립해 앨라배마 주 헌츠빌에서 대형 수소 탱크와 항공 우주용 탱크 등을 생산하고 있다. 한화솔루션은 한국에서 앞서 인수한 태광후지킨을 통해 수소 기반 드론(무인 비행체)·승용차·상용차 등에 적용되는 탱크를 생산하고 해외 시장에선 시마론을 앞세워 대형 수소 운송용 트레일러나 충전소에 들어가는 탱크를 생산해 시장을 공략할 계획이다. 시마론의 항공 우주용 탱크 기술을 활용해 빠른 성장이 예상되는 도심 항공 모빌리티(UAM), 항공 우주, 선박용 액화가스 탱크 분야로 시장을 확대해 나간다는 전략이다.
김동관 한화솔루션 전략부문 대표는 “10년 이상 신재생 에너지 사업에서 쌓아 온 역량을 발판으로 지속 가능한 미래와 주주 가치 제고를 위해 실질적인 성과를 내겠다”고 말했다.
수소 연료 탱크의 핵심 ‘탄소 섬유’로 치고 나가는 효성
효성중공업은 지난해 8월 정부세종청사 안에 첫 수소 충전소를 구축했다. 이는 국가 주요 시설에 구축하는 둘째 사례였다. 효성중공업은 2019년 9월 국회에 서울시 첫 상업용 수소 충전소를 준공한 바 있다. 효성중공업이 만든 수소 충전소는 700바(Bar)급 규모로 3~5분 안에 충전이 가능해 시간당 수소차 5대 이상을 충전할 수 있는 게 장점이다. 자체 기술 개발을 통해 수소 충전기, 수소 가스 냉각 시스템, 수소 가스 압축 패키지 등을 국산화했다는 게 효성중공업의 설명이다.
효성중공업은 지난해 4월 산업용 가스 전문 화학 기업인 독일 린데그룹과 함께 2023년까지 액화 수소 생산, 운송 및 충전 시설 설치와 운영을 망라하는 밸류 체인을 구축하겠다는 계획을 발표하기도 했다. 양 사는 우선 효성화학 울산 용연공장 내 부지 약 3만㎡(약 9000평)에 연 생산량 1만3000톤 규모의 액화 수소 공장을 신설할 계획이다. 공장 완공 시점인 2023년에 맞춰 액화 수소 충전 인프라도 공동 구축한다. 공장에서 생산한 액화 수소의 공급을 위해 전국 주요 거점 지역에 120여 개의 수소 충전소(신설 50곳, 액화 수소 충전 설비 확충 70곳)를 짓기로 했다.
조현준 효성 회장은 “효성중공업이 추진하는 액화 수소 사업의 핵심은 효율적이고 안전하게 수소를 저장하고 운송할 수 있게 하는 것”이라며 “효성의 투자가 한국의 수소 산업 생태계를 활성화하는 데 큰 역할을 하게 될 것”이라고 말했다.
효성첨단소재의 탄소 섬유도 시장의 주목을 끌고 있다. 수소 연료 탱크의 핵심 소재로 알려지면서다. 탄소 섬유는 수소 에너지의 안전한 저장과 수송·이용에 반드시 필요한 소재로 꼽힌다. 효성첨단소재는 2011년 독자 기술로 한국 최초의 탄소 섬유인 ‘탄섬’을 개발했다. 섬유(실)에 탄소를 92% 함유한 제품으로, 무게가 철의 4분의 1에 불과하지만 강도는 10배, 탄성은 7배에 달한다. 평균 기압의 최고 900배를 견디면서도 가벼운 무게를 유지해야 하는 수소 연료 탱크 소재로 적합하다는 평가를 받는다. 한국에서 탄소 섬유를 제조할 수 있는 업체는 효성첨단소재가 유일하다.
효성첨단소재는 2018년 8월 전주 탄소 섬유 공장에서 2028년까지 약 1조원을 투자해 연간 2만4000톤의 탄소 섬유를 생산한다는 계획을 발표한 바 있다. 효성첨단소재는 장기 투자 계획의 첫걸음으로 지난해 2월 1차 증설을 완료하고 연간 4000톤 규모의 생산 능력을 확보한 상태다.
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‘2050 탄소 중립’이 뭐기에…
세계 온실가스 배출량의 90%를 차지하는 196개국은 2015년 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔 기후변화협약 당사국총회(COP21)에서 신기후변화협약(파리협약)을 채택했다. 2100년까지 지구의 평균 온도 상승을 산업화 이전과 대비해 2도 이하로 제한하겠다는 것이 핵심이다. 파리협약에 따라 지난 1월부터 지구 온난화를 막기 위해 모든 국가에서 화석 연료 사용으로 발생하는 이산화탄소 등 온실가스 감축 의무를 부과하는 새로운 기후 변화 대응 체제가 가동됐다.
탄소 중립은 개인·단체·기업 등이 배출한 온실가스를 다시 흡수해 실질 배출량을 ‘0’으로 만드는 것을 뜻한다. ‘탄소 제로(carbon zero)’라고 부르기도 한다. 유럽연합(EU) 등 경제협력개발기구(OECD) 회원국들은 2050년까지 탄소 제로 달성을 목표로 발 빠르게 움직이고 있다. 올 들어 조 바이든 미국 대통령은 도널드 트럼프 전 대통령의 화석 연료 사용 확대 정책을 뒤집었다. 바이든 대통령은 지난 1월 취임한 후 미국을 파리협약에 복귀시켰다.
한국 정부도 탄소 제로에 동참했다. 문재인 대통령은 지난해 10월 28일 국회 시정 연설에서 “2050년 탄소 중립을 목표로 나아가겠다”고 선언했다. 한국 정부는 탄소 제로 실현을 위한 방안으로 태양광·풍력 등 기존 재생에너지는 물론 수소 에너지 활용을 적극 권장하고 있다. 주요 기업들이 ‘수소 사회’ 전환에 동참하는 이유 중 하나다. 전문가들은 관련해 정부가 과감한 기업 지원책을 제시해야 한다고 조언한다.
민동준 연세대 신소재공학과 교수는 “기업이 저탄소 전환에 동참하려면 공장 설비 등 기존 산업 인프라를 근본적으로 바꿔야 하는 만큼 막대한 비용이 소요될 수밖에 없다”며 “금융 지원 방안 등 지원책은 물론 각계각층의 의견을 수렴한 촘촘한 로드맵을 조속히 내놓아야 할 것”이라고 말했다.
유승훈 서울과학기술대 에너지정책학과 교수는 “한국은 유럽은 물론 일본이나 중국보다 탄소 중립 선언 시점이 늦었던 만큼 준비 과정도 상대적으로 뒤처진 면이 있다”며 “다른 나라와 달리 충분한 사회적 합의도 거치지 않은 상황에서 목표 달성을 위해 무작정 서두르다 보면 기업들의 부담이 커질 수밖에 없고 결국 그 부담이 국민에게 전가될 수도 있다”고 말했다.
최은석 기자 choies@hankyung.com
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