수소도시(H2-CITY)란 기존에너지 공급원을 전기와 수소만으로 가능하도록 설계한 도시다. 수소도시는 친환경적인 에너지원을 사용하기 때문에 깨끗한 도시다. 환경오염의 문제가 심각하게 대두되고 있는 이 시대에 대안이 될 수 있는 꿈의 도시다. 하지만 수소도시는 꿈이 아니다. 현재 세계 여러 나라들이 이 꿈의 도시를 실현했고 더 확대하고 있기 때문이다.
정부는 지난 4월 ‘수소시범도시 구상 및 추진방안’을 공개하며 2022년까지 3곳의 수소시범도시를 만들 계획이라고 밝혔다. 수소도시가 눈앞에 도래했음을 알려주는 신호탄인 것이다.
안전하고 효율적인 수소에너지를 도시에 연결시키려면 수소의 생산, 이송, 저장, 활용까지 전 주기에 걸친 수소 생태계의 구축이 필수적이다. 또한 수소생태계 구축을 위해선 대규모 수소생산·액화플랜트, 수소이송파이프 등의 수소그리드, 수소 메가스테이션, 수소공급 및 거래가 가능한 운영 플랫폼과 같은 인프라가 필요하다.
이번 연재에선 수소도시 건설을 위한 인프라 요소들을 살펴보고 세계 각국의 수소도시를 소개하고자 한다. 더불어 국내에 수소도시 건설을 위해 해결해야할 과제도 알아보고자 한다.
◆수소도시의 생산메카, 대량 수소플랜트
도시에서 필요한 수소의 생산방법에는 여러 가지가 있지만 가장 주된 방법은 천연가스 개질과 재생에너지를 활용한 수전해 방법이다. 천연가스 개질이란 천연가스(CH4)에서 수증기를 이용하여 탄소(C)를 떼어내고 수소를 추출하는 방식이다. 생산과정 중 소량의 이산화탄소가 배출되는 단점이 있다. 재생에너지를 활용한 수전해란 태양광, 풍력 등의 신재생에너지를 이용해 전기를 생산하고 이를 전기분해해서 수소를 얻는 방식을 말한다. 그린수소를 얻을 수 있지만 생산단가가 높다는 단점이 있다.
전문가들은 국내에서 LNG 배관망이 잘 갖춰져 있는 인천, 평택, 삼척, 통영 등이 천연가스 개질의 방식으로 수소생산 플랜트를 구축하는 것이 적합하고 풍력발전소나 태양광 발전소가 있는 강원권, 제주권, 새만금 지역이 수전해 생산방식으로 플랜트를 세우기에 알맞다고 전했다.
어떤 방식이든 도시 내에 필요한 대용량의 수소를 생산할 수 있는 플랜트가 구축되는 것이 중요하다. 그리고 생산한 수소를 어떻게 저장하는지 여부도 중요한 요소인데 앞서 연재에서 살펴본 액화수소플랜트가 그 핵심 기술이라고 할 수 있다. (뉴스핫라인 ‘이제 수소시대다’ 3편 참조)
◆수소도시의 혈관, 수소그리드망
도시에서 필요한 수소를 얻기 위해 도시 자체 내 생산 시설 구축도 중요하지만 수소생산 플랜트와의 연결도 중요하다. 수소생산 거점을 중심으로 각 도시의 수소파이프를 설계하여 원활한 수소의 이동이 확보될 수 있어야 한다. 마치 심장에서 혈관을 통하여 피가 공급되듯이 수소를 이송할 수 있는 파이프 시설은 그 중요성이 크다. 이렇게 생산거점과 연결된 수소 이송 파이프 연결망을 수소그리드(grid)망이라고 한다. 수소전용의 그리드망이 아니더라도 도시가스관을 이용해서 도시 내 곳곳에 수소에너지를 공급할 수도 있다.
◆ 도시거점 수소메가스테이션
수소도시 내에는 수소차가 연료를 충전할 수 있는 많은 수소충전소가 마련될 것이다. 이때 수소충전소가 단순히 수소차 충전 연료 외에 가정용, 산업용 수소연료까지 판매하는 거점이 된다면 최상의 수소공급 인프라가 될 것이다. 이런 수소저장과 공급, 전기,난방열 전환 및 공급 기능을 갖춘 도시거점이 바로 수소메가스테이션이다. 정부는 수소메가스테이션을 버스차고지, 물류기지 등에 건설하고 수소버스, 수소화물차 충전 인프라 및 주변 건물 및 공동주택의 수소공급 인프라로 활용하는 융복합 수소스테이션을 계획하고 있다.
◆수소공급 및 거래가 가능한 운영 플랫폼
전문가들은 공급자가 일방적으로 소비자에게 에너지를 공급하는 것이 아닌 신재생에너지를 통해 소비자가 공급자를 겸하는 에너지유통(수소-공급 밸류체인)이 이뤄져야 한다고 말했다. 그래서 안정적인 수급관리와 효율적 유통이 이루어져야 할 것이다.
◆세계 수소 도시
세계 여러 나라들은 우리보다 앞서 수소도시를 준비했다.
우선 덴마크의 롤란드섬은 풍력, 태양력, 바이오, 수소연료 등 신재생에너지의 집합소로 유명하다. 많은 신재생에너지 관련 기업들이 이 섬에서 제품 개발 및 테스트를 하고 있으며 여기서 생산된 전력은 섬 전체 5만명의 인구가 쓰고도 남아 수출하고 있을 정도다. 또 남은 전력을 전기분해를 통해 수소에너지로 만들어 저장하기도 한다. 2008년 덴마크는 최고환경프로젝트의 일환으로 이 섬의 한 마을인 베스텡스코브(Vestenskov)를 시범수소도시를 만들어 각 가정에 연료전지 모듈(마이크로 수소열병합발전소)과 수소파이프로 수소를 설치하였다.
덴마크는 이 도시를 수소에너지의 대중화의 기반이 될 수 있도록 생산자와 공급자간의 제도적 정비와 교육 등 소프트웨어 개발에도 노력하고 있다.
일본은 2011년 1월부터 수소도시 구축을 위하여 키타큐슈 수소타운 프로젝트를 시행하고 있다. 신일본 야하타제철소에서 만든 부생수소를 키타큐슈시 시가지를 통과하는 파이프라인으로 일반가정과 상업시설 및 공공시설에 공급한다.
뿐만 아니라 고베 수소스마트시티 계획도 추진 중이다. 이 사업은 시가지내 수소가스터빈을 이용해 전기, 열에너지를 주변 공공시설에 공급한다.
일본은 여러 도시에서 수소활용을 위한 다양한 프로젝트를 추진함으로써 적극적으로 수소경제를 구축하려고 노력하고 있다.
영국에서는 2030년까지 리즈시를 세계최초 수소도시로 전환시킬 계획을 가지고 있다. 기존 천연가스 배관을 이용해 수소를 공급하고 천연가스를 100% 전환하기 위한 프로젝트를 실시하고 있다. 리즈시는 오래 전부터 수소에 대한 연구를 진행해 왔고 기존 인프라를 활용한 방법으로 수소에너지 전환을 위해 노력해 왔다.
네덜란드는 북부지역을 중심으로 ‘친환경 수소 경제도시’를 목표로 수소도시프로젝트를 추진하고 있다. 1MW 용량의 태양광 에너지를 활용한 수소생산(연 27만 톤)시설을 구축핳고 해상풀력발전, 천연가스 개질 등을 통해 2050년까지 수소를 대량생산해 수소공급 가격을 낮출 계획이다.
호주에서는 호주연방과학산업연구기구(CSIRO)를 통해 ‘수소로드맵’을 지난 2017년 9월에 발표했다. 1억 5000만 달러(약 1683억 원) 규모의 신재생기술기금을 활용해 2020년 수소생산과 2040년 수소수출산업 육성을 목표로 매진하고 있다. 더불어 수소도시 지정 타당성 조사에 들어가 시범도시 지정사업에 착수했다.
◆수소도시 건설을 위한 해결과제
한국은 2013년 7월부터 울산에 세계 최대 규모의 수소연료전지 주거타운을 운영하고 있다.
바로 ‘울산수소타운’이다. 이 타운은 온산국가산업단지의 부생수소를 각 가정과 공공시설에 보내 전기를 생산하고 사용하는 국내 최초 수소도시이다. 이 수소타운은 중앙정부와 에너지관리공단, 울산시 등 공공부문과 기업들이 총 88억 원을 투자하여 세워졌다.
현재 울산시는 수소사업 육성 10대 프로젝트를 추진하여 수소시장 확대와 인프라 구축에 매진하고 있다.
수소도시는 안전하고 효율적인 수소에너지 활용을 도시 차원으로 확대해 혁신성장을 이끌 신도시 모델이 될 것이다.
정부는 수소시범도시 조성을 위한 법제 개선방안을 마련하여 수소도시운영을 위한 특별법을 만들고 수소시범도시를 관리할 수 있는 전문기관도 세울 계획이다.
더불어 주민 협의체를 구성하여 주민의 의견을 수렴하고 수소의 안정성에 대한 주민의 오해를 변화시킬 예정이다.
전문가들은 수소도시를 구축하기 위해서 수소도시법 제정을 비롯해 도시규모 및 수소생산 지역과 거리, 생산방식, 기술 확보 단계에 따라 단기-중기-장기 등 단계별 수소시범 도시를 조성하고 수소안정성 및 수용성을 확보해야 한다고 조언했다.
환경경찰뉴스 이의정 기자