재생에너지 기술의 성장과 연료전지 기술

 현재 기술이 많이 발달한 가스터빈을 활용한 복합화력 발전도 있지만, 굳이 수소 연료전지를 활용하는 이유는 여기서 찾을 수 있다. 전 세계는 재생에너지 인프라가 지속적으로 확충될 수 밖에 없는 환경에 처해 있다. 이과 정에서 나타날 수 있는 간헐성 및 제품 불안정성을 해소하는 것이 반드시 필요하며, 에너지 저장 기술이 가장 중요한 솔류션이 된다. 수소와 연료전지를 활용한 에너지 저장과 활용을 통해 이러한 문제는 해결할 수 있다. 재생에너지로 생산하여 저장된 전력을 전력, 열 등 다양한 에너지로 사용할 수 있는 사회에서는 CO2를 확기적으로 줄이면서도 전체 에너지 효율성을 높이고, 비용은 낮출 수 있게 되는 것이다. 가스발전으로는 절대 도달하지 못하는 미래이다. 

 

 재생에너지는 빠르게 증가하고 있다. IEA에 따르면, 전력내에서 비중은 2017년 24%에서 2023년 29%로 확대될 것으로 전망된다. 전체 최종에너지 기준으로 2017년 10.4%에서 2023년 12.5%로 확대될 전망이다. 재생에너지 투자가 적극적인 유럽에서는 2018년 기준 이미 최종에너지에서 재생에너지 비중이 18.9%까지 증가하여 2020년 목요인 20%를 달성할 수 있을 것으로 전망된다.

 

 풍력, 태양광의 LCOE는 지속 하락하고 있다. 특히, 태양광은 다결정에서 단결정 셀로 전환이 이루어지면서 효율성이 크게 향상되었다. 최근에는 단결정셀 생산시 폴리실리콘 사용량이 지속적으로 하락하면서 원가가 개선되고 있다. 향후 태양광 모듈은 페로브스카이셀 중심으로 발전할 것으로 전망된다. 일부 실리콘이 사용되는 탠템셀이 먼저 상용화 도리 전망이다. 업계에서는 3~4년 내 상용화를 준비 중이다. 페로브스카이트는 3세대 박막형 전지의 일종으로 폴리실콘을 사용하지 않기 때문에 (탠덤에서는 일부 사용), 효율을 높이면서 제조 원가도 크게 낮아진다. NREL의 태양광 효율 리프트를 보면, 이미 결정질 태양광 모듈의 경우 추가적인 리서치가 이루어지지 않고 있다. 어느 정도 효율에 한계에 도달한 것으로 추정된다.

 이처럼 재생에너지가 급격하게 확대되고 기술이 발전하는 사오항에서 수소와 배터리를 통한 에너지 저장 개념이 도입 괴도 섹터 커플링 효과가 확대된다면, 에너지 효율이 높아지고 CO2 감축 효과가 극대화된다. 또한, 시너지를 통해 에너지 원가가 낮아질 수 있다. 수소는 이처럼 한계 에너지 생산비용이 "0"인 재생에너지 비중이 확대되는 시점에서 더욱 중요한 Energy Carrier로서 각광받게 될 것이다. 

 

 수소 수요 고성정 전망, 연료전지 활용처링 운송용과 전력이 성장을 이끌 것

 현재 전세계에서 생산되는 수소는 연간 6,000만 톤 수준이다. 약 $100bn 수준의 시장이다. 80%의 수소는 정제설비, 암모니아 생산, 또는 금속 처리에 사용된다. 현재 8EJ 수준인 수소 수요는 2050년 78EJ까지 성장할  것으로 전망되며, 이는 전 세계 에너지 수요의 18% 수준이다. 특히, 연료 전지의 주요 활용 처인 운송용과 전력이 향후 시장의 50% 이상을 차지할 것으로 전망된다.

 

 국내 시장 초기는 발전용 연료전지가 대부분, 2022년 이후 수송용 성장 전망

 우리나라 역시 연료전지를 기반으로 한 수소 산업이 빠르게 성장 할 전망이다. 연료전지 기반 수소 활용을 크게 발전용/자가용과 수소 전기차용으로 나눠 살펴보면, 우선 국내 시장은 초기 발전용 연료전지가 대부분이겠으나,. 향후 수소차용이 2022년 이후 빠르게 성장할 것으로 전망된다.

 

 연료전지 시장 PEMFC가 비중 압도적, SOFC와 PAFC는 유사한 수준

 전세계 연료전지 설치량은 2018년 기준 803MW로 추산된다. 타입별로 보면, PEMFC 비중이 압도적인 수준이며, 빠르게 증가하고 있는데, 이는 운송용 및 가정용 점유율이 빠르게 증가함에 따른 것으로 추정된다. 그리고 SOFC와 PAFC 타입이 유사한 수준으로 유지되고 있으며, MCFC 비중은 크게 하락하고 있다.

 SOFC의 경우 높은 전력 효율로 대량의 전력을 필요로 하는 수요처가 증가하면서 성장할 전망이다. PAFC는 열을 생산하기 대문에 열병합 전용으로 수요지 인근에 전력 분산형 전원으로 선호도가 높아질 것으로 전망한다. PAFC, SOFC는 고정용 시장에서 수요처별 특성에 따라 선호가 다를 것으로 전망된다.

 

 전세계 고정용 시장의 50%를 차지하는 국내에서도 수요처별 요구사항에 따라 쓰임새가 다를 것으로 전망되며, 시장 성장을 감안한다면 생산 Capa 역시도 모두 가동해야 하는 상황이기 때문에 공동 성장하게 될 것으로 전망되다. 한국시장에서 PAFC방식은 당분선 열병합발전소 대체 수요로 성장이 기대되는 반면, SOFC 방식은 품질 이슈가 해결된 발전소들의 결과값이 나오는 2020년 이후 설치가 탄력을 받게 될 것으로 전망된다.

 전세계 연료전지 시장 수요는 연평균 26% 성장할 것으로 전망된다. 장기적으로 수송용으로 주로 사용되는 PEMFC가 성장을 이끌 것으로 전망된다. 그리고 현재는 SOFC와 PAFC가 유사한 수준이나, SOFC의 M/S가 좀 더 상승할 것으로 전망되는 상황이다. 이에 따라, 두산 퓨얼셀과 같이 PAFC에 집중하는 회사도 영국 Cerer Power와 협력하여 SOFC 기술을 확보하려 노력 중이다.