음식물류 폐기물, 가축분뇨, 하수찌꺼기, 폐플라스틱 등의 폐자원을 활용한 수소생산이 활성화될 지 주목된다. 특히 음식물류 폐기물, 가축분뇨 등의 유기성 폐자원을 처리하는 과정에서 나오는 바이오가스를 활용한 수소생산이 확대될 전망이다. 이미 국내 최초로 충주에서 음식물류 폐기물을 활용한 바이오 수소생산·활용 사업이 진행 중이다.
환경부는 지난해 12월 31일 ‘유기성 폐자원을 활용한 바이오가스 생산·이용 촉진법’ 시행에 들어갔다. 이에 따라 바이오가스 생산 효율성을 높이도록 2종류 이상 유기성 폐자원을 동시 투입하는 통합 바이오가스화 생산기반을 확충하고, 생산된 바이오가스 이용을 확대한다. 특히 바이오가스를 활용한 수소생산시설 설치사업을 지속 추진하기 위해 특수목적법인(SPC) 설립 등의 사업화 방안을 마련할 예정이다.
또 환경부는 폐플라스틱으로 만든 합성가스를 원료로 메탄올, 암모니아 등을 생산하거나 수소를 개질·추출해 수소차 충전, 연료전지 발전에 활용토록 지원할 계획이다.
‘토토 사이트’는 창간 7주년을 맞아 지난 7월 4일 수소지식그룹 대회의실에서 ‘폐자원 활용 수소생산 활성화’를 주제로 한 전문가 좌담회를 열었다. 수소지식그룹 장성혁 대표(토토 사이트 발행인)의 사회로 진행된 이번 좌담회에는 고등기술연구원 유영돈 플랜트본부장, 한국환경공단 에너지정책지원부 이준상 부장, 서울시립대학교 환경공학부 서명원 교수, 에코바이오홀딩스 김영민 부사장이 참석했다.
장성혁 대표 /수소지식그룹
먼저 폐기물로 수소를 생산할 수 있는 기술들은 어떤 게 있는지 알아보는 게 좋을 것 같다.
김영민 부사장 /에코바이오홀딩스
가축분뇨·음식물 등의 유기성 폐기물은 혐기성 소화를 거치면 그 안에 있는 탄소원들이 분해되어 메탄(60%)과 이산화탄소(40%)로 구성된 바이오가스로 전환된다. 그 바이오가스를 고질화(정제)하면 바이오가스 내 이산화탄소가 제거된 후 메탄 함량이 95~98% 정도 되는 바이오메탄이 생산된다.
이후 천연가스에서 수소를 추출하는 SMR(스팀 메탄 리포머) 기술을 활용해 바이오메탄의 개질화 과정을 거쳐 수소를 생산하게 된다. SMR은 패키지화로 되어 있어 천연가스나 바이오메탄을 개질하면 수소를 생산할 수 있는 이미 상업화된 기술이다.
서명원 교수 /서울시립대학교
바이오가스보다는 조금 상용화가 늦은 바이오매스 폐기물의 가스화를 통한 수소생산기술이 있다.
고등기술연구원이 오랜 시간 동안 폐기물 가스화기를 개발한 것으로 알고 있다. 에너지기술연구원은 지난 2020년부터 국책과제를 통한 기술개발을 통해 한화건설에 기술이전을 한 바 있는데, 열분해(열화학적 처리)와 가스화까지 가능한 것으로 알고 있다. 이제 후단 부분에서 수성가스화 반응(WGS)이나 아민 스크러버로 이산화탄소를 제거하는 PSA 공정까지 가야 하는 데, 거기까지는 조금 더 시간이 걸릴 것 같다. 그래서 지금까지는 완벽하게 수소생산까지 간 사례는 많이 알려지지 않는 것 같다.
석유화학 업체들이 폐기물을 고온에서 가스화해 수소를 생산하기보다는 메탄올이나 다른 화학 원료를 만드는 쪽으로 관심을 가지고 있다. 최근에 아이에스티이, 우석이엔씨 등의 기업들이 연구과제로 폐플라스틱 기반 수소생산기술을 개발하고 있다.
사실 국내에선 에너지기술평가원의 연구과제로 하루에 50톤을 처리할 수 있는 바이오매스 가스화기가 천안에서 실증이 끝났다. 목재 칩과 미이용 산림 바이오매스를 원료로 사용해 만든 합성가스로 분산형 전원을 위한 가스 엔진 발전을 하는 게 목적이었다. 수소를 생산하는 쪽으로 후속 과제가 이어지지 않은 게 아쉬운 부분이다.
이처럼 바이오매스 활용 수소생산은 상용화로 가기까지는 좀 더 시간이 걸리지 않을까 한다.
장성혁 대표 /수소지식그룹
폐자원 활용 수소생산 이슈는 결국 경제성으로 귀결될 것이다. 고등기술연구원이 국내 최초로 충주에 구축해서 운영 중인 바이오수소 사업이 좋은 사례가 될 것이다. 최근에 전국적으로 수소가격이 굉장히 높아졌는데, 충주만 가장 저렴한 kg당 7,500원을 고수하고 있다. 충주시가 기본적으로 가격을 보전해줘서 그런 건지 아니면 바이오가스가 정말로 경제성이 높아서 그런 것인지가 시장에서 가장 궁금해하는 부분인 것 같다.
유영돈 본부장 /고등기술연구원
현재 충주 바이오수소 사업의 수익이 제로 수준이라고 들었다. 충주시에서 보조금을 지원하지는 않는 것으로 알고 있다. 현재로선 제로 수준도 다행이라고 생각한다. 지금 같은 상황에서 이익이 남는다는 게 사실상 불가능하다. 충주의 경우 사업성을 높이기 위해 바이오수소를 수소차 충전소뿐만 아니라 인근 다른 충전소에도 공급하는 전형적인 마더스테이션 개념을 도입했다.
국내에서 부생수소를 이용하는 수소충전소 중 몇 곳이 이익이 남는다고 하는데, 이는 가동률이 80% 이상이기 때문으로 분석된다.
충주 바이오수소 사업도 소매(충주바이오그린수소충전소)의 사용량이 많아지면 이윤이 남을 것이다. 또 도매(인근 충전소)로 수소를 판매하는 곳도 많아지면 경제성이 개선될 수 있을 것이다.
단순히 바이오수소를 이용해서 수소충전소를 운영했을 때 경제성이 있느냐 없느냐의 측면보다는 바이오가스와 수소가 얼마나 생산되고, 수소차가 얼마만큼 보급되어 가동률이 어떻게 되느냐가 관건으로 보인다. 이게 안 되면 발전용 연료전지 등으로도 수소를 공급할 수 있는 사업 모델을 개발하는 노력이 필요할 것이다.
이준상 부장 /한국환경공단
환경부가 바이오가스 기반 수소생산사업에 국고를 지원하고 있다. 지금까지 보령 등 4곳의 사업자를 선정했고, 앞으로도 매년 2개 많게는 4~5개 사업자를 선정해야 하는데 이게 쉽지가 않을 것 같다.
경제성이 부족하기 때문이다. 충주가 국내 처음으로 마더스테이션 개념을 도입한 바이오수소 사업에 대해 상당히 홍보 효과를 주긴 했지만 실제로는 운영 수익이 남지 않아 민간사업자들이 선뜻 이 사업에 나서기는 힘든 상황으로 보인다.
현재 충주에서 생산되는 수소량이 하루 약 500~600kg 정도로, 기계적 특성상 기본적으로 생산 원가는 약 6,000원/kg 수준이 될 것이다. 사실 바이오가스는 무상으로 공급받는 게 아니다. 그런데 충주는 연구 사업으로 했기에 바이오가스를 무상으로 공급받고 있다. 이렇게 원료 가격이 들지 않기에 도매까지도 할 수 있는 것이다.
하루 500kg 정도의 소규모 바이오수소 생산시설은 생산지에서 차량용으로 바로 100% 수요가 창출되면 이윤이 남을 수 있겠지만 도매까지 한다고 하면 유통비(튜브트레일러 운송비)가 만만치 않기에 경제성을 확보하기엔 어려움이 많을 것이다.
앞으로 최우선으로 개선해야 하는 부분은 수요 창출이다. 환경부는 바이오수소 생산뿐만 아니라 수소충전소 구축 및 수소차 구매 비용을 지원하고 있기에 바이오수소 생산 사업자 선정 시 수소 생산부터 활용까지 세트로 함께 갈 수 있도록 협의할 것이다.
또 수소생산 원가를 생각할 때 바이오가스 가격을 충분히(도시가스 가격의 약 70% 정도라든지) 인정해야 한다. 그래야 앞으로 정부가 인센티브 지원 제도를 만들 때 더 나아지는 방향으로 갈 수 있지, 바이오가스가 공짜라는 생각을 가지면 다음을 기약할 수 없다.
김영민 부사장 /에코바이오홀딩스
기업은 모든 사업에서 경제성을 보려면 카펙스(CAPEX, 자본적 지출)와 오펙스(OPEX, 운영비용)를 따져볼 수밖에 없다. 바이오가스를 활용해 수소를 만드는 카펙스 자체가 일반적으로 엔진 발전을 하는 카펙스보다 약 2배 이상 비싸다. 충주 같은 경우는 원료(바이오가스) 가격이 제로이지만 모든 지자체가 바이오가스를 에너지로 인식해 열량에 비례해 원료를 사야 한다고 보고 있어 오펙스 중에 연료비가 차지하는 비중이 굉장히 높아진다. 민간이 100% 투자해서 바이오가스 수소사업을 하는 데는 한계가 있다. 정부의 지원이 필요한 이유다.
다행히 환경부에서 민간의 경우 바이오 수소생산시설 설치 비용 50%를 지원해주기에 당사는 서울시 서남물재생센터에 수소차 충전소를 구축해 현지에서 생산한 수소를 바로 수소차에 공급하는 소매사업만 하면 수익이 남을 것으로 기대하고 있다.
장성혁 대표 /수소지식그룹
환경공단은 바이오 수소생산사업을 활성화하기 위해 특수목적법인(SPC) 설립을 추진하고 있다. SPC의 기본 사업 모델로 마더스테이션(도매) 기능까지 하는 충주 사례로 정한 것 같은데, 지금 얘기를 들어보면 도매를 하면 할수록 오히려 손해이고, 소매하는 경우 서울 서남물재생센터와 같이 수소차 운행이 많은 지역에 있어야 사업성이 나올 수 있다.
그런데 바이오가스가 나오는 시설이 대부분 도심에서 벗어난 한적한 곳에 있다 보니 소매 활성화도 쉽지 않은 것으로 보인다. 이래저래 어려운 부분이 있는 것 같다.
이준상 부장 /한국환경공단
SPC가 100% 국고를 지원받아서 사업을 하는 게 아니기에 최소한의 수익은 있어야 한다. 그런 차원에서 수소 수요도 함께 확보하는 데 초점을 맞추고 있다.
예를 들어 울산, 대전, 부산 등의 지자체들이 트램 도입을 추진하고 있는데, 울산과 대전은 이미 수소전기트램을 도입하기로 결정했다. 환경공단이 트램 제조사로부터 트램 관련 데이터를 받아 분석을 해봤는데 대전이 수소 트램 운행 시 하루에 4~5톤 정도의 수소가 필요한 것으로 나타났다.
대전은 기존에 400톤짜리 바이오가스화 시설을 운영하고 있었는데, 100톤짜리 하나를 추가한 총 500톤 규모의 통합 바이오가스화 시설을 확충할 예정이다. 이를 활용해 대량의 수소를 만들 수 있다. 안정적인 수소 수요처만 확보된다면 도매까지도 가능해 사업성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
결국은 수소 수요를 확보한 지자체에 가서 SPC를 설립해야 한다고 생각한다. 지금처럼 하루 500kg 정도의 소규모 바이오수소 생산시설로 도매까지 한다는 것은 무리가 있다.
장성혁 대표 /수소지식그룹
수요처 확보 차원에서 효과적인 수요처는 또 어떤 것들이 있을지 궁금하다.
이준상 부장 /한국환경공단
폐기물을 처리하려면 반드시 폐기물을 실어나르는 차들이 있다. 예를 들어 음식물류 폐기물 운송 트럭은 바이오가스화 시설을 오가게 된다. 앞서 언급한 것처럼 수소 생산부터 활용(수소차)까지 세트로 가야 한다. 바이오가스화 시설에 수소충전소를 구축하고 이런 폐기물 운송 차량을 수소차로 전환하면 수소 수요까지 확보하는 셈이다.
장성혁 대표 /수소지식그룹
이제 청정수소 인증제 얘기를 하지 않을 수 없다. 그 전에 폐플라스틱 등 폐기물 원료 확보 상황은 어떤지 살펴봐야 할 것 같다.
서명원 교수 /서울시립대학교
사실 폐기물 원료 확보에 대해서 굉장히 이슈가 많은 상황이다. 지난해 후반기에 두 번 정도 국회에서 관련 공청회도 열렸다. 현재 소각업체와 시멘트 업계 간의 갈등이 가장 크다. 앞으로 석유화학사들이 케미칼 리사이클링(CR) 쪽으로 가려고 하면 가스화나 열분해 분야에서 필요한 물량이 점점 더 늘어날 텐데, 그만큼 소각업체와 시멘트 업계의 물량은 더 줄어들게 될 것이다.
이들 업계는 환경부에 가이드라인이나 쿼터제 마련 등의 의견을 계속 제기하는 상황이다. 시멘트 업계는 ESG 경영 차원에서 폐기물 수거업까지 하고 있고, 처리량도 현재의 500만 톤 정도에서 2,000만 톤 수준까지 앞으로 계속 늘리려고 하고 있기에 쉽게 해결될 문제는 아닌 것 같다. 소각업체들은 ‘생존협의회’까지 구성해서 계속 목소리를 내고 있다.
이준상 부장 /한국환경공단
자유시장 경제에서 정부가 획일적으로 폐기물(폐플라스틱, 폐비닐) 물량을 배분한다는 건 불가능하다고 본다. 기존 물량은 경제성에 의한 시장 경쟁으로 갈 수밖에 없고, 정부가 추가 물량을 확보해주는 건 가능하다고 생각한다.
이런 차원에서 환경공단이 검토 중인 게 있다. 집에서 버리는 종량제봉투 안에 있는 폐플라스틱과 폐비닐을 선별해서 업계에 공급하는 방안이다. 쓰레기봉투에는 지역에 따라 차이는 있지만 약 20% 정도의 폐플라스틱과 폐비닐이 들어가 있다. 이 폐플라스틱과 폐비닐은 공공에서 처리하고 있기에 주인이 없다. 선별을 누가 할 거냐 등의 한계가 있어 현실성을 고려한 연구와 보완이 필요하다.
장성혁 대표 /수소지식그룹
청정수소 인증제를 보면 바이오가스를 수소생산 용도로만 활용하는 경우에만 바이오수소를 청정수소로 인정하고 있다. 기존 바이오가스화시설은 바이오가스로 수소도 만들고 다른 용도로도 공급할 수 있는데, 이렇게 되면 수소생산 전용 신규 바이오가스화 시설을 지어야 한다는 의미로 해석된다.
이준상 부장 /한국환경공단
바이오가스를 정말 청정수소에 포함하지 않으려고 하는 건 아닌지 모르겠지만 그런 논리라면 국내에서 청정수소를 하나도 생산할 수 없다고 생각한다.
바이오수소에 대한 그런 논리를 수전해 수소에도 적용한다면 기존의 재생에너지가 화석연료로 만드는 전기를 대체하기 위해 발전을 하고 있는데 재생에너지 발전을 수소 만드는 데만 사용한다고 하면 화석연료 발전을 어떤 에너지원이 대체할 수 있나.
결국은 오만, 사우디 등 해외에서 재생에너지 발전을 통해 생산한 수소만 들여와야 한다는 건데, 청정수소 인증제에서 수전해 수소는 기존 재생에너지 발전을 활용하는 것도 인정해주고 있다.
환경공단이 바이오가스의 부가가치를 높이고 안정적인 수요처를 확보하기 위해 한수원, 지자체 등과 함께 바이오수소를 연료전지 발전용으로 공급하는 방안을 추진하고 있다. 바이오수소가 청정수소로 인정받아 CHPS(청정수소발전의무화제도) 시장에 진입하면 수익성이 좋아질 텐데, 바이오가스를 수소생산에만 사용하라고 하면 국내에선 바이오수소를 생산하기 힘들 것이다.
김영민 부사장 /에코바이오홀딩스
사실 이전부터 바이오가스에 대한 진입 장벽이 있었다는 생각이 든다. 지난 2008년에 유럽처럼 바이오가스를 고질화한 바이오메탄을 바로 도시가스 파이프라인에 공급할 수 있게 해달라고 산업부에 건의했더니 열량을 맞추면 그렇게 해주겠다고 해서 도시가스사업법이 개정됐다. 열량을 맞추려면 결국은 재생에너지인 바이오가스에 화석연료인 LPG를 혼합해야 하는 아이러니가 발생한다.
청정수소 인증제에서도 신규 바이오 수소생산시설만 인정한다면 바이오수소 사업의 활성화가 아니라 진입 장벽일 수밖에 없다. 유럽에서는 바이오가스를 이용해 만든 수소는 화석연료로 만든 수소보다 이산화탄소 배출량이 85% 이상 적어 그린수소로 명확히 규정하고 있다.
유영돈 본부장 /고등기술연구원
바이오가스 관련 업계가 타당한 논리를 만들어서 정부에 건의해야 한다.
정부가 ‘신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법’을 통해 바이오에너지와 폐기물을 재생에너지로 인정하고 있다. 또 바이오가스에서 나오는 이산화탄소(CO2)는 ‘탄소중립 CO2’로 인정하고 있다. 청정수소 인증제에서 수소 1kg당 온실가스 배출량 4kgCO2e 이하인 수소를 4개 등급으로 구분해 청정수소로 규정하고 있다. 그런데 왜 바이오가스에 대해서는 수소생산만으로 한정하냐는 논리를 한목소리로 정부에 제기할 필요가 있다.
장성혁 대표 /수소지식그룹
국내는 청정수소 인증제를 도입했지만 미국, 유럽 등과는 달리 아직은 청정수소 생산을 활성화하기 위한 다양한 인센티브가 없는 것 같다.
유영돈 본부장 /고등기술연구원
우리나라는 청정수소 생산에 대한 인센티브가 아직 없는데, 곧 인센티브가 만들어질 것으로 생각한다. 유럽은 이미 수소거래제가 형성돼 있다. 그러니까 청정수소를 얼마만큼 써야 한다는 가이드라인이 있다. 쓰지 못하면 패널티가 부여된다. 국내는 지금 청정수소 기준만 만들어놓은 것이다. 앞으로 청정수소 생산을 적극적으로 유도할 수 있는 인센티브 제도가 마련될 것이다.
장성혁 대표 /수소지식그룹
국내에서 바이오수소 사업이 활성화되면 향후 이 사업으로 해외에 나갈 수도 있지 않을까 싶다.
이준상 부장 /한국환경공단
지난해 녹색 수출 기회를 모색하기 위해 체코와 폴란드를 다녀왔다. 코트라와 함께 협의하고 왔는데, 시장성이 있다고 판단하고 있다. 단순히 바이오가스 고질·개질 부분만 가지고 수출을 하면 사업 규모가 너무 작다. 우리나라는 이런 환경기술뿐만 아니라 수소추출기, 수소차, 수소충전소 등의 기술을 가지고 있으니 현대차 등 관련 기업들과 함께 패키지 형태로 수출하는 방안을 협의 중이다.
예를 들어 체코에 프라하 하수처리장이 있는데, 소화조 개선사업이 필요하다. 이 사업을 통해 바이오가스 생산량을 확대해 그 바이오가스로 수소를 만들어 공급하고, 한국의 수소차도 수출하는 패키지 전략을 체코 측에 제안했다.
유영돈 본부장 /고등기술연구원
현대차그룹이 이미 패키지 전략으로 해외 수출을 추진하고 있다. 수소차를 생산하는 현대차는 미국, 인도네시아, 인도 등에 자동차 생산공장을 보유하고 있다. 현대건설은 바이오가스 생산 플랜트를 건설할 수 있다. 현대로템은 수소추출기와 수소충전소 구축 기술을 보유하고 있다. 이들 기업이 함께 해외에서 수소 인프라를 구축하고, 수소차도 수출하는 전략이다.
올해 에너지기술평가원의 연구과제인 ‘자원순환형 청정수소 인프라 구축사업’이 착수됐다. 인도네시아에서 진행하는 사업으로 고등기술연구원도 참여하고 있다.
서명원 교수 /서울시립대학교
서울시립대는 KDI와 함께 캄보디아에서 폐기물 관련 지식공유사업(KSP)을 추진 중이다. 국내의 우수한 정책과 제도 등을 공유(수출)하는 사업으로 기획재정부가 주관부처다.
서울시립대는 캄보디아에 폐기물적법관리 시스템 ‘올바로(allbaro)’를 수출하려고 하는데, 캄보디아의 관련 법과 제도는 이미 잘 마련되어 있다는 것을 확인할 수 있었다. 결국은 정책이나 제도보다는 기술을 공유하고 싶다는 게 캄보디아 측의 의견이었다.
이런 지식공유사업도 함께 묶어서 해외로 나가면 좀 더 사업이 강력해질 것으로 생각한다.
김영민 부사장 /에코바이오홀딩스
해외 수출 관련 중소기업의 애로사항을 말하고 싶다. 현대차 등의 대기업은 네트워킹이 잘 되어 있는데, 중소기업은 그렇지 않다. 해외 사업 개발자들이 당사가 지금까지 했던 사업들을 벤치마킹하고 싶어서 많이 찾아온다. 결국 폐기물 에너지 사업은 지자체와 연결될 수밖에 없는데, 당사와 같은 중소기업이 외국의 지자체장을 만나서 사업 개발을 논의하는 게 굉장히 어렵다. 정부 기관이 주도적으로 이런 중소기업들을 이끌고 가서 연결해줄 수 있으면 좋겠다.
