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수소충전소 보급은 어떻게 이뤄지고 있을까?

수소전기차는 수소사회 진입을 이끌 주역이다. 수소전기차 운영에서 가장 중요한 수소충전소 보급은 어떻게 이뤄지고 있을까?

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수소전기차는 수소사회 진입에서 빼놓을 수 없는 핵심 기술로 평가받고 있다. 수소에너지가 제 역할을 하기 위해서는 연료전지 기술을 비롯해 수소의 생산과 저장, 운송에 대한 기술이 복합적으로 발전해야 하는데, 수소전기차와 이 모든 기술이 연계되어 있기 때문이다. 그중에서 수소전기차에 수소를 공급하는 수소충전소는 수소 저장 및 운송 기술과 밀접한 관련이 있는 분야다. 단순히 수소전기차가 연료를 충전하는 시설로 인식할 것이 아니라, 수소에너지를 우리 생활 속으로 전달하는 인프라로 보는 것이 옳다. 수소사회로 가기 위한 교두보, 우리는 수소충전소에 대해 얼마나 알고 있을까?


다 똑같은 수소충전소가 아니다?

수소충전소는 수소 수급방식에 따라 Off-Site(오프사이트) 방식과 On-Site(온사이트) 방식으로 분류한다

수소충전소는 수소를 수급하는 방식에 따라 크게 두 가지로 분류한다. 생산한 수소를 수소충전소까지 운반해 공급하는 방식은 Off-Site(오프사이트) 수소충전소이며, 수소충전소에서 직접 수소를 생산해 공급하는 방식은 On-Site(온사이트) 수소충전소다.


오프사이트 수소충전소는 수송 방식에 따라 파이프라인 공급 방식 수소충전소와 튜브 트레일러 공급 방식 수소충전소로 나뉜다. 현재 가장 보편화된 수소충전소는 튜브 트레일러 공급 방식으로 운송 비용이 발생하지만 운송 인프라 구축을 위한 설비 투자 비용이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 파이프라인 공급 방식은 수소 생산지에서 충전소까지 거대한 운송용 파이프를 설치해 공급하는 방식이다. 초기 막대한 투자 비용이 발생하지만 보다 안정적으로 많은 양의 수소를 운송할 수 있다는 장점이 있다.


수소충전소에서 직접 수소를 생산하는 온사이트 수소충전소는 수소의 생산 방식에 따라 천연가스 추출(개질) 수소충전소와 수전해 수소충전소로 나뉜다. 천연가스 추출 수소충전소의 경우 구축해 둔 천연가스 공급라인을 활용해 수소를 생산할 수 있다는 장점이 있지만, 수소 생산 설비 구축에 비용이 발생한다. 또한 화석연료(천연가스)를 사용한다는 단점도 있다. 수전해 수소충전소 역시 수소 생산 설비 구축에 비용이 발생한다는 단점이 있지만, 심야의 잉여 전력을 활용해 수소를 생산할 수 있다는 장점이 있다. 친환경 재생에너지를 활용하면 환경 오염없이 수소를 생산할 수 있기 때문에 미래지향적인 수소충전소로 평가받기도 한다.




수소충전소는 어떻게 운영될까?

튜브 트레일러 공급 방식 수소충전소의 구성과 충전 과정

가장 보편적인 튜브 트레일러 공급 방식 수소충전소를 기준으로 보면, 수소충전소는 압축기, 저장용기, 냉동기(칠러), 충전기(디스펜서)로 구성된다. 튜브 트레일러로 공급받은 수소를 저장이 용이하도록 압축기에서 압축해(약 900bar) 고·중압 수소저장용기에 저장해두었다가 수소전기차에 공급하는 것이다. 수소전기차에 공급할 때는 수소전기차의 탱크 사양에 맞춰 충전기에서 기압을 낮춘다(약 700bar). 충전 과정에서 수소의 온도가 올라가지 않도록 냉동기가 설치된 것도 수소충전소의 특징이다. 현재 수소 충전은 운전자가 아닌 전문인력이 진행한다.


튜브 트레일러 공급 방식 외 수소충전소 역시 수소를 압축하고 저장해 충전하는 과정은 동일하다. 수소를 생산하거나 운반하는 과정만 다르다.



수소충전소 구축 비용은?

수소충전소 구축에는 약 27억 원이 필요하다. 수소충전소의 빠른 보급을 위해서 정책 지원이 필요하다

튜브 트레일러 방식 수소충전소의 경우 설비와 건축·토목 비용을 합하여 약 27억 원의 구축 비용이 발생한다. 설비 비용(약 16~18억 원)의 60% 이상이 압축기, 고·중압 수소저장용기, 충전기와 같은 핵심부품 비용이다. 현재 국내에 설치된 수소충전소의 핵심 설비는 대부분 해외에서 수입한 제품이다. 연구개발을 통해 핵심 설비의 국산화율을 높이면 수소충전소 구축 비용은 현재보다 낮아질 것으로 예상된다. 정부는 ‘수소 경제 활성화 로드맵’를 통해 수소충전소를 구성하는 핵심 부품과 충전 기술 고도화를 통해 2030년까지 수소충전소 국산화율 100%를 달성하겠다고 밝혔다.


아울러 전 세계적으로 수소충전소 수요가 점차 늘어남에 따라 압축, 저장, 가스제어, 냉각장치와 같은 설비를 표준화해 컨테이너 형태로 제품화하는 패키지 충전소와 같은 설계 기술 개발도 이뤄지고 있어 수소충전소 구축 비용은 지속적으로 낮아질 전망이다.


수소충전소의 연간 운영비는 약 1.5억~2억 원 정도로 추산된다. 아직 수소전기차 보급 초기 단계라 운영 수익은 적은 편이다. 민간사업자가 수소충전소 사업에 뛰어들기 힘든 이유다. 주요국의 동향을 보면 일본은 수소충전소의 확대 보급을 위해 정부가 연간 운영비의 50%를 지원하고 있다. 미국 역시 정부가 수소충전소 운영비를 지원하고 있다. 우리나라는 현재 운영비 지원 정책을 검토하는 단계이며, 운영비의 큰 비중을 차지하는 인건비 항목의 절감을 위해 셀프 충전 허용 등의 법규 개정도 검토하고 있다. 향후 정책 지원과 함께 수소전기차 보급이 확대되면 수소충전소 운영비 부담도 줄어들 것으로 예상된다.


글로벌 수소충전소 구축 현황

세계 주요국들은 수소전기차와 수소충전소 보급 목표를 세우고 정부 차원에서 전폭적인 투자를 진행 중이다

대기오염으로 인한 이상기후가 발생하자 세계는 탄소배출 제한 등과 함께 지속적으로 사용할 수 있는 친환경 에너지에 큰 관심을 갖기 시작했다. 그중 수소는 자원이 무한하다는 점과 에너지가 만들어지는 과정에서 물만 발생한다는 점에서 미래를 책임질 친환경 에너지원으로 주목받고 있다. 수소에너지는 이제 연구실을 벗어나 점차 우리의 생활 속으로 들어오고 있다. 세계 주요국들은 2030년까지 수소전기차와 수소충전소 보급 계획을 발표하며 수소사회로의 진입을 준비하고 있다. 단순한 목표 제시가 아니다. 이미 현실적인 지원을 통해 수소에너지의 보급을 독려하는 중이다.


미국은 민관 파트너십인 ‘H2USA’ 등을 중심으로 수소전기차 보급 및 수소충전소 구축을 지원하고 있다. 미국 내 수소에너지 보급에 앞장서고 있는 캘리포니아주는 2050년까지 친환경차의 비율을 27%까지 늘리겠다는 목표를 가지고 수소충전소 구축에 2023년까지 2,000억 원을 지원하겠다고 밝혔다. 수소충전소 설치비용의 70~90%를 지원하고, 수소충전소 가동률이 70%에 도달할 때까지 운영비의 60~100%를 지원하는 방식이다.


유럽은 ‘FCH JU(Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking)’를 중심으로 수소전기차와 수소충전소 보급을 진행 중이다. 수소에너지 상용화에 가장 적극적인 나라는 독일로 수소충전소 설치비와 운영비를 각각 50% 지원하고 있다. 영국과 프랑스 역시 ‘H2Mobility’, ‘H2Mobility France’를 구성하고 민관 협업을 통해 수소충전소를 보급하고 있다.


일본도 수소사회 진입을 목표로 하는 로드맵을 발표했다. 핵심은 수소전기차 및 수소충전소 보급이다. 일본 정부는 현재 수소충전소 설치비, 운영비 각각 50%를 지원하고 있다. 중국 역시 정부에서 수소충전소 설치비의 60%를 지원하고 있다.


국내 수소충전소 보급 현황

정부는 2040년까지 수소충전소 1,200개소 설치를 목표로 하고 있다

우리나라의 수소충전소 보급은 어떻게 진행되고 있을까? 2019년 10월 4일 기준으로 국내에는 총 22개 수소충전소가 설치되어 있다. 정부는 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 통해 2040년까지 수소충전소 1,200개소를 설치하겠다고 발표하고, 한국도로공사를 통해 고속도로 휴게소를 중심으로 수소충전소를 보급하고 있다. 하지만 민간에서 주도하는 수소충전소 설치 및 운영에 대한 지원은 아직 논의 중이다.


민간에서 수소충전소 보급에 앞장선 것은 2013년 세계 최초로 수소전기차 양산에 성공하고, 2018년 차세대 수소전기차 ‘넥쏘(NEXO)’를 선보인 현대차다. 현대차는 수소전기차의 대중화를 앞당기기 위해 친환경 수소충전소 ‘H 스테이션’을 전국에 구축하고 있다. H 스테이션은 올해 4월 안성휴게소를 시작으로 지난 8월에는 국회에도 설치됐다. 참고로 현대차는 2022년까지 수소충전소 310개소 건립을 목표로 하는 민간 특수목적법인(SPC) ‘수소에너지네트워크주식회사(하이넷)’에도 출자해 수소충전소 보급을 지원하고 있다.


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