일본에서 보는

일본의 수소 기술 추진 동향

서채완 수급처 기술정보팀 부장
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2020년 3월 1일 회사의 배려와 지원으로 일본에너지 경제연구소라는 회사에서 파견연수를 시작하기 위해 일본으로 출국하였다. 그즈음 일본은 코로나 확산 방지를 위해 입국금지를 검토하기 시작하였다. 3월 5일부터 한국인의 비자정지와 입국금지가 시작되었는데, 나는 4일의 차이로 해당되지 않아 인생에서는 타이밍도 중요함을 느끼게 되었다.
파견 전임자의 도움으로 생활에 필요한 휴대전화, 은행 계좌, 월세방, 전입신고, 건강보험, 전기, 수도 등을 우여곡절 끝에 신청하고, 일본에너지경제연구소에 인수인계 인사를 하며 11번째 한국석유관리원의 일본 파견자로 생활을 시작하게 되었다. 파견회사는 도쿄의 중심가인 주오구의 카치도키라는 곳에 있고, 집은 네리마구라는 곳으로 전철로 한 시간 정도 걸리는 곳이다. 전임자들이 왜 집을 회사와 가까운 중심가에 잡지 않고 변두리에 잡았을까 하는 의문이 있었는데, 살다 보니 공원과 아름드리 나무가 많아 자연친화적이고, 특히 외국인이 많아 외국인에 대한 지원시설이 많고, 행정처리 시 이해의 폭이 넓다는 것을 알게 되어 역시 전임자들의 판단이 맞다는 것을 실감했다.
행정처리와 관련해서는 한국의 전자정부가 월등함을 느끼게 되었다. 여기는 전입신고나 주민등록표를 발급받으려면 한 두 시간이 기본이다. 행정처리를 하려면 번호표를 2개 받는다. 하나는 요청을 하기 위한 번호표고 다른 하나는 요청한 문서를 받기 위해 기다리는 표이다. 오면 바로바로 처리하는 한국과는 큰 차이다.
얄밉지만 일본에서 부러운 것이 전통을 소중히 하는 것이었다. 술, 간장, 과자 등 지역의 특산품을 과거부터 개발하고 이어져서 주요 대도시에 전시하기도 한다. 우리가 봐서는 별거 아닌 동네의 노동 노래나 지역의 공동작업 등을 축제로 즐기고, 어린이들을 주인공으로 동참시켜 그들에게 자부심을 느끼게 해 그 전통을 후대에도 이어가게 하는 것, 식당도 창업 몇백 년, 몇 대 사장 식으로 전통을 이어가는 사람들과 환경이 부러웠다.
또한 도쿄의 안내 책자를 보다가 놀라웠던 것은 도쿄도가 관할하는 섬이었다. 오가사와라 섬으로 도쿄에서 약 1,000km 떨어진 곳인데, 1593년 오가사와라 사다요라는 사람이 발견하여 영토에 편입했다. 도쿄라는 하나의 도시가 대부분이 바다이기는 하지만 한반도의 길이만큼을 관리한다는 것에 적잖이 놀랐다. 더욱이 지도를 보니 일본의 동서간 거리는 태평양 중간에 있는 섬에서 대만 본토 앞까지 약 3,000km로 이어지고, 남북으로도 약 2,800km로 대만 앞에서부터 러시아의 사할린섬 앞까지였다. 일본 본토를 제외하고는 대부분이 바다이고, 섬이며, 사람이 살기 힘든 곳도 있지만 동서남북 각각 약 3,000km씩을 영토로 가진 나라이고 그 넓은 거리를 방어하는 장비와 인력이 있다는 것에 새삼 놀랐다. 한국에서 막연히 알던 일본과 일본에 와서 알게 되는 일본은 많이 달랐다.
임진왜란 전에 일본통신사로 다녀온 황윤길과 김성일의 일본 침략 가능성에 대해 서로 다른 의견을 낸 것처럼 일본의 경제력이나 군사력·기술력이 한국보다 높다고 두려워할 필요는 없지만 열위에 있다고 무시해서는 안 된다는 것을 느끼게 되었다. 지일극일(知日剋日)로 일본을 알아야 일본을 이길 수 있다는 마음으로 이웃 나라 일본이 무엇을 하고 있는지 끊임없이 관찰하고 연구해서, 그들이 했던 시행착오에서 우리의 문제들을 해결해가야 한다고 생각한다.
특히 올해부터 우리나라도 수소에너지에 대한 추진을 더욱 강화할 것으로 예상되어, 수소에너지에 대한 일본의 추진상황들에 대해 일본 경제산업성의 자료 등을 찾아보고 정리해보았다.
일본도 한국과 마찬가지로 1차 에너지의 90% 이상을 해외 화석연료에 의존하고 있다.
이에 일본은 세 가지 목적을 실현하기 위해 수소기본전략과 로드맵을 2017년 12월 발표하였다. 그 세 가지는 다음과 같다. 1)일본에너지의 공급 조달의 안보 측면, 2)환경보호를 위한 국제적인 저탄소화 정책 반영, 3)수소기술의 축적 및 수출을 통한 산업경쟁력 강화가 그것이다. 그 주요 내용은 수소의 제조, 운송·저장, 이용의 세 가지 영역에서 각각의 목표를 정하고 2030년까지의 목표와 추진계획을 설정하는 것이었다.
본 보고서는 이후 2년 2개월이 지난 2020년 2월, 일본 경제산업성은 그간의 진행 사항들을 정리하여 발표하였는데, 그 내용과 함께 한국석유관리원의 일본 파견 전임자가 수소관련 연구·보고 하였던 내용을 참조하여 일본의 수소에너지 추진 동향을 정리하였다.
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일본의 수소기본전략의 주요 목표는 수소의 판매가격을 가솔린이나 LNG와 비슷한 가격(2017년 100엔/Nm³ → 2030년 30엔/Nm³)으로 실현하며, 세계 최고의 일본 수소기술로 세계의 CO2-free를 실현하는 것을 목표로 두고 있다.
저가의 원료로 수소를 제조하기 위해서는 해외 저가 갈탄(석탄의 1/10 가격)을 활용하거나, 해외잉여 재생에너지(일본의 1/10 가격)를 활용하여 수소의 대량생산을 계획하고 있으며 판매가격·원가절감을 위한 조건으로는 공급과 수요 측면에서 저가의 원료로 수소를 제조, 대량 제조운송을 위한 공급체인 구축, 대량이용을 통한 규모의 경제 확보 등을 골자로 하고 있다.
대량 제조운송을 위한 공급체인구축을 위해 호주와 브루나이 등과 투자프로젝트 등을 통해 수소제조 및 대량 운송 기술 등을 개발하는 것과 후쿠시마 지역을 수소특화지역으로 만들어 재생에너지를 활용한 수소제조시설(Power To Gas)을 만드는 것이다.
대량이용을 통한 규모의 경제 확보를 위해 자동차 → 발전 → 산업 등으로 수요를 지속적으로 창출한다는 계획이다. 운송수단과 수소충전소의 보급을 확대하기 위해 차량의 수적확대와 함께 운송수단의 다양화(버스, 지게차, 배)도 개발하고 있다.
특히 충전소의 전략적 구축과 함께, 충전소의 구축·운영비용 절감을 목표로 충전소 무인화 등을 연구하고 있으며, 수요확대를 위한 수소발전소 건설을 위한 상용화 기술들을 개발하고 있다.
일본의 수소전략의 개략적인 추진 목표는 <표 1>과 같다.

<표 1> 일본의 수소전략 추진목표

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출처 : 경제산업성 발표자료(2020년 2월)

일본 경제산업성은 실행력 강화를 위해 2019년 3월에, 2025년까지의 중간 목표들을 좀 더 구체적으로 설정하였다. 주요 내용을 보면 2017년 시점보다 비용과 효율 측면에서 대략 1/5에서 1/2까지 비용을 절감하거나 효율을 향상하는 중간 목표를 설정하는 것이다. 운송수단, 충전소, 공급의 경우로 나누어 보면 다음과 같다.
운송수단의 경우, 수소차(FCV)와 하이브리드(HV)의 가격 차이를 2025년까지 300만 엔에서 70만 엔으로, 특히 수소차의 주요 비용인 연료전지의 가격을 2만 엔/kW에서 0.5만 엔/kW, 수소저장용기를 70만 엔에서 30만 엔으로 세부 목표로 잡고 있다.
충전소의 경우, 2025년까지 구축비용을 3.5억 엔에서 2억 엔으로, 운영비용을 3.4천만 엔(연간)에서 1.5만 엔으로 줄이고, 충전소 구축비용중에서 압축기 구축비용은 0.9억 엔에서 0.5억 엔으로, 축압기 구축비용은 0.5억 엔에서 0.1억 엔으로 낮추며, 버스의 경우는 차량 가격을 1억 500만 엔에서 5,250만 엔으로 낮추는 것을 목표로 했다.
공급의 경우, 2030년 수소제조비용 30엔/Nm³을 달성하기 위해, 2020년 전반까지 갈탄가스화 제조비용(수소화비용은 제외)을 갈탄의 가스 변환장비의 대형화·고효율화를 통해 과거 수백엔/Nm³ → 12엔/Nm³으로 절감했다. 저장·운송의 효율화를 위해 액화수소탱크의 단열성 향상 및 대형탱크 개발로 액화수소탱크의 용량을 과거 수천m³ → 5만m³로 확대하고, 수소액화효율은 13.6kWh/kg → 6kWh/kg으로 높였다. 재생에너지를 통한 Power-to-Gas의 설치비용은 2030년까지 20만 엔/kW → 5만 엔/kW으로 줄이며, 물전기분해효율 향상을 위해 수소를 생산하는 전기량을 5kWh/Nm³ → 4.3kWh/Nm³로 절감하는 것을 목표로 하였다.
일본은 저가의 수소 공급을 위해 브루나이와 호주를 통해 수소를 공급받는 계획을 세우고 있다. 국제적인 수소 공급망(supply-chain)을 실현하기 위해서는 정부 간 수준의 관계 구축을 도모하는 동시에 국가 간 효율적인 수소 수송·저장을 가능하게 하는 에너지캐리어 기술이 필요하다. 일본은 에너지캐리어 기술개발요소로 액화수소, MCH 등을 고려하고 있는데 요소별로 <표 2>과 같은 장단점이 있다.

<표 2> 일본의 에너지캐리어 기술개발요소

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※ MCH (Methly Cyclo Hexane, 유기수소화물) : 톨루엔과 수소를 혼합하는 형태로 저장 및 운송

○ 액화수소 진행사항
‌일본은 HySTRA1)가 주관으로 저가의 갈탄에서 CO2-Free 방식으로 추출된 수소의 대규모 해상수송 공급망 구축 실증사업을 통해 호주·일본 간 액화수소 공급망 구축 실증사업을 실시하고 있으며, 2019년 12월 11일 액화수소수송운반선을 진수 하였고(일본 경제산업성 관리 및 호주 대사 등 참석), 2020년 호주의 가스화 설비, 일본 고베 수소기지가 완성되어 2021년 말경 수소의 대량 수송을 실현한다는 계획이다.
○‌ MCH 진행사항
‌일본은 일본국립연구개발법인인 NEDO(신에너지산업기술총합개발기구)의 과제를 수행하는 수소에너지체인기술연구조합(AHEAD)2)이 국제 수소 공급망 실증사업의 기점이 되는 브루나이의 수소화 플랜트의 건설 공사가 종료해 2019년 11월 27일에 준공식을 하였다. 이 프로젝트에서는 브루나이에서는 수소화 플랜트, 카나가와현 카와사키시 임해부에 탈수소 플랜트를 각각 건설해 2020년에 브루나이에서 조달한 수소를 MCH로 상온·상압하에서 액체의 형태로 일본에 해상 수송해, 카와사키시 임해부에서 기체형태의 수소로 되돌려 수요자에게 공급하는 것으로 2020년 5월 실증 시험을 개시하였다.

1) HySTRA(CO2-free Hydrogen Energy Supply-chain Technology Research Association) : Kawasaki Heavy Industries, Iwatani, Shell Japan, J-Power 로 구성된 컨소시엄

2) AHEAD(Advanced Hydrogen Energy Chain Association for Technology Development) : 치요다화공건설, 미쓰비시상사, 미쓰이물산 등의 컨소시엄

<그림 1> 수소액화수송선, 브루나이 수소화플랜트, 일본 가와사키 탈수소플랜트

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출처 : HySTRA, AHEAD 홈페이지

일본 석유에너지기술센터(JPEC)는 한국의 석유관리원과 유사한 기능을 하는 일본의 기관으로 매년 한국의 한국석유관리원과 중국의 중국석유학회와 함께 석유기술과 관리에 관한 전반적인 연구성과들을 한중일석유기술회를 통해 공유하고 발표하고 있다.
일본 내에서 수소와 관련하여 충전소의 구축과 운영에 관한 영역에 대해서는 JPEC에서 연구를 하고 있으며 연간 약 3.5억 엔의 규모로 정부 지원을 받아 6개의 과제들을 추진하고 있다.
1) 원격감시에 의한 무인 충전소 운전을 위한 연구
2) 보안감독자가 복수의 수소충전소를 겸임하기 위한 연구과제
3) ‘위험(도)평가’ 재실시에 근거한 설비구성에 관한 연구
4) 충전소 설비의 새로운 소재특성의 판단기준과 도입에 관한 연구
5) 복합압력용기 평가방법 기술규격에 관한 연구(TYPE2)
6) 복합압력용기 평가방법 기술규격에 관한 연구(TYPE3)
일본의 수소 관련 안전 기준은 내진설계를 포함하여 이상검지기능 화염검지기능을 포함하고 있으며, 안전대책기83준은 수소가 누출되지 않도록, 누출되더라도 조기 감지되고 확대가 되지 않도록, 누출되더라도 남아있지 않도록, 누출되어 남아있던 수소가 불이 나지 않도록, 만약 화재가 일어난다고 해도 주변으로 영향을 미치지 않게 하는 것을 방향으로 삼는다.
한국 또한 충전소의 주요 설비인 수소저장탱크·튜브, 압축기, 축압기, 주유기 등에 대한 신소재의 개발과 구축 시 적용하는 안전 기준과 그러한 안전을 충족하면서 원격 감시를 통한 무인 충전소 운영과 같은 운영비용 절감 연구도 정부 과제로의 추진이 필요할 것으로 보인다.

참조

1.한국석유관리원 일본수소동향관련 파견자 보고서(2018년)

2.일본경제산업성(https://www.meti.go.jp) 수소기본 전략, 경제산업성의 노력

3.일본NEDO(https://www.nedo.go.jp) 수소백서

4.일본수소홍보페이지(http://hydrogen-navi.jp)

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