수소 생산비(LCOH) 수준 비교: SMR과 수전해가 효율적, 아직은 SMR이 비교 우위

경제

by Newsis1 2022. 7. 18. 01:12

수소 생산법으로 기대되는 공정은 SMR 및 수전해, 아직은 SMR의 경제성이 비교 우위

배출량 순제로 시대의 에너지원으로서 수소 생산을 위해 주목받는 방법은 SMR과 수전해다. POX나 열분해 등을 통한 부생수소는 수소가 해당공정의 주생산 목적물이 아닌 관계로 생산량 증가에 한계가 있기 때문이다.

현재 기준으로 단위 수소 생산비용(EUR/kg H2) 면에서 SMR과 수전해는 아직 비교 대상이 되기는 어렵다. 오랜 기간 상용 수소생산 공정으로 활용되면서 이력과 생산 노하우가 축적된 SMR 대비, 수전해 공정은 배출량 순제로 정책과 녹색 수소 개념이 도입되면서 수소생산 수단으로 대두되기 시작했기 때문이다.

그러나 SMR에서 생산되는 회색 및 청색수소는 궁극적인 녹색수소 체계로 가기 위한 교두보에 가깝다. 물론 녹색수소의 생산이 충분히 큰 규모와 경제성을 갖추기 전까지 회색 및 청색수소를 활용하기 위한 정책당국의 고민은 깊을 수 밖에 없다. 하지만 아직은 SMR과 수전해 공정의 생산비용 수준의 상대 비교를 통한 설비 고도화 여부 추적이 더 유의미한 상황이다. 다수 대체투자자들은 이 두 공정의 상대비교를 통해 녹색수소 생산을 위한 상용 인프라의 대중화가 얼마나 앞당겨질지, 그리고 정책보조가 언제 어떻게 도입될지 가늠하는데 더 관심이 많다.

이에 정책적으로 수소산업 기반 조성에 가장 앞서가는 유럽을 기준으로 생산비용을 비교한다. SMR과 수전해 공정 원가는 생산원료에 해당하는 천연가스 가격과 전력 가격 가정에 민감할 수 밖에 없다. 유럽의 천연가스 및 전력 가격은 2021년 하반기부터 급등하기 시작해 올 상반기 러시아-우크라이나 전쟁을 겪으며 고공행진을 거듭하고 있다. 본 시뮬레이션에서는 이 단기 효과를 제거하기 위해 2021년 이전의 평균 가스 및 전력가격을 적용했다.

전용 신재생자산 연계 가정시(2021년), 수전해 중 육상풍력 연계가 가장 유리

녹색수소 생산을 위한 수전해 공정은 신재생에너지 전력의 공급을 기본 전제로 한다. 그런데 신재생에너지 자산은 출력제약(Curtailment)이 불가피해, 출력제약된 전력과 전력망 공급 전력의 사용 비중 그리고 신재생자산의 이용률(Capacity Factor) 등에 따라 수소생산 원가 수준이 크게 흔들릴 가능성이 높다. 이 시뮬레이션에서는 전력망에 대한 전력판매 없이 수전해 공정에만 전력을 모두 공급하는 전용 신재생자산(Dedicated Renewable Power Generation)이 있다는 가정을 적용했다.

이 시뮬레이션 결과, SMR에 의한 단위 수소 생산비용은 90% CCS(Carbon Capture & Storage)에 의한 원가 상승분을 포함해도 수전해 생산비용의 절반에도 채 미치지 못하는 수준이다. 수전해 공정 내에서는 육상풍력 자산에 의한 전력공급 사례가 가장 경쟁우위를 보였고, 태양광PV에 의한 전력공급이 가장 원가열위를 나타냈다. 이는 태양광PV의 전력가격(Levelized Cost of Electricity, 균등화가격 기준)이 육상풍력보다 저렴함에도 불구하고, 이용률이 크게 뒤지기 때문에 나타난 결과다.

향후 해상풍력 연계 수전해의 경제성 개선 여지 큼

이는 전력공급의 낮은 이용률이 수전해 설비 이용률 저하와 직결돼 단위 자본비용(CAPEX)을 높이는 부작용으로 귀결되기 때문이다. 이용률 면에서는 해상풍력이 47%로 신재생 자산 중에서 가장 우월한 수준을 보인다. 운영이력 상 가장 도입이 늦은 해상풍력 LCOE의 향후 개선을 감안한다면, 부유식을 포함한 해상풍력 전력공급에 의한 수전해 수소 생산 원가의 향후 개선 여지가 가장 크다고 판단할 수 있다.