세계 / Global

수소사회 여는 일본, 가정용 연료전지 보급 빠르게 확대

-2019년 에네팜 보급대수는 2009년 대비 100배 증가, 2030 530만대 목표- 

- 파리기후변화협약 내년부터 발효 향후 관련 시장 폭발적 성장 기대  




파리협정 발효 임박과 전 세계적인 이상기후현상으로 많은 국가들이 친환경에너지산업에 집중하고 있다. 2009년부터 친환경 가정용 연료전지를 상용화한 일본은 가정용 연료전지 보급대수를 2009년 대비 100배 증가시키며, 수소에너지 개발에 앞서 나아가고 있다. 일본의 가정용 연료전지가 빠르게 확산될 수 있었던 과정을 살펴보고 우리나라에 주는 시사점을 알아보자.


가정용 연료전지 


연료전지란 말 그대로 연료를 사용하여 전기를 만들어내는 장치를 뜻한다. 일본에서는 가전용연료전지를 에네팜(Ene-Farm)으로도 부르고 있는데, 이는 에너지(Energy)+농장(Farm)을 합친 다. 에네팜은 도시가스나 LP가스에서 추출한 수소와 공기중의 산소를 화학반응시켜 전기를 생산하고이 때 발생한 열로 가정용 열수 만들 수 있 열병합 발전(Cogeneration) 구조를 가지고 있다.  


일본의 가정용 연료전지 보급 현황 


일본에서는 1990년대 후반부터 가정용 연료전지의 본격적인 상품화 연구를 시작하여 2009년 5월부터 일반 소비자를 대상으로 가정용 연료전지를 판매하기 시작하였다. 일본경제 산업성의 2020년 에너지 백서에 따르면, 2019년 12월 말 기준, 전국에 보급된 에네팜은 약 33.6만대로 2009년 3천대 대비 보급대수가 100배 이상 증가하였다. 


일본 가정용 연료전지 보급현황(단위: 만대)

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자료: 경제산업성 2020년 에너지 백서


경제산업성이 2019년 3월 발표한 수소연료전지전략 로드맵에 따르면, 2030년까지 에네팜의 보급대수를 530만대까지 늘리고 더 나아가 2050년까지 5,300만대의 종래형 에너지 시스템을 대체하는 것을 목표로 하고 있다.  


2011년 이후 가전용 연료전지 보급률이 크게 증가했던 이유 중 하나는 2011년 동일본 대지진에 있다. 3.11 동일본 대지진은 기존 화력, 원자력 발전소 등에서 대규모, 집중적으로 전력을 생산하는 일본의 에너지 수급구조에 큰 영향을 미쳤다. 일본 정부는 2011년 동일본 대지진 이후, 기존 원전의 안전성 제고, 신재생에너지 비중 확대 추진, 에너지절약열병합 발전, 스마트 그리드 그리고 연료전지를 중심으로 한 분산발전시스템 도입 등에 정책의 초점을 두기 시작하면서, 가전용 연료전지 시장의 성장을 촉진시켰다.  


또한 일본내 도시가스사・지자체구축한 협력 체계는 연료전지 시장 확대에 공헌하였다. 일본의 도시가스사는 파나소닉, 교세라 등의 연료전지 기업과 제도적, 기술적으로 협업하며 시장을 키워왔다. 최근 사례로, 2020년 3월, 도쿄가스-모리무라 그룹(실리콘 소재 기술 선도기업)-미우라 공업 주식회사(산업용 보일러 선도기업) 공동 연구개발로 5kW SOFC에서 세계 최초로 발전효율 65%에너지효율 91% 달성에 성공하며, 향후 2년간 실증 실험을 지원하기로 발표하였다. 이처럼, 도시가스사 각 사의 인프라를 활용하여 에네팜 보급에 앞장서고 있다.  한편 지자체 협업 대표사례로 후쿠오카시의 "테리하 스마트타운"을 들 수 있다. 테리하는 2011년 국토교통성의 '2011년도 제 2회 주택・건축물 이산화탄소 선도 사업'의 일환으로 후쿠오카 시에 건설된 에너지 자립형 마을이다. 후쿠오카시의 도시계획 부서 관계자는 후쿠오카 무역관과의 인터뷰에서,  "테리하 스마트타운은 개발면적 6헥타르, 175호의 세대에서 태양광 발전과 연료전지를 활용하여 자가발전을 함으로써, 이산화탄소 배출 제로를 달성하는 것을 목표로 지어진 지구다. 일본 내에서는 가정분야에서 저탄소배출을 실현한 대표적인 성공 사례로 언급되고 있다. 최근에는 아이신 정밀기계나 서부가스 등과 협업하여 기존 구형 에네팜을 최신 SOFC타입의 에네팜으로 대체하기 시작하면서 타운의 정체성을 이어나가고 있다"고 답변하였다.

 

에네팜이 수소경제시대에 주목을 받는 이유 


2020년 12월 31일부로 지구온난화 방지를 위해 1997년 12월 11일 일본 교토에서 채택된 교토의정서의 효력이 종료되고 내년 1월 1일부터 파리기후변화협약이 발효된다. 두 프로토콜의 가장 큰 차이점은 교토의정서에서는 온실가스 감축 의무가 일부 선진국에만 주어진 반면, 파리기후변화협약(파리협정)은 195 유엔기후변화협약(UNFCCC) 당사국 전체에 용된다는 점에 있다. 이에 따라 친환경 에너지 시장 규모 폭발적으로 확대될 것으로 전망된다 


이런 상황 속에서 일본의 에네팜이 주목을 받는 이유는에네팜의 친환경성과 높은 에너지 효율, 그리고 재해 등에 대비할 수 있다는 장점이 있기 때문이다. 일본 연료전지보급추진협회(Fuel Cell Association)에 따르면, 에네팜은 일반적으로 보급된 가스 급유기나 가정용 에너지시스템과 비교할 때 아래와 같은 3가지 특징을 가지고 있다.  


첫번째는 친환경성이다. 일본 연료전지보급추진협회(Fuel Cell Association)는 자사 홈페이지에서 일반 가정에서 에네팜을 1년간 사용하면 석유, 천연가스 등의 1차에너지 사용량을 23%줄이고, 이산화탄소 배출을 38%(1,330kg)억제할 수 있다고 소개하고 있다.  


두번째는 높은 에너지 효율이다. 기존 화력발전소 등을 통해 전기를 발전할 경우 열손실(약 55%~60%)과 송전손실(약 5%)이 발생하기 때문에 가정에서 사용하는 에너지는 발전량의 35%~40%대에 그치지만, 가정용 연료전지를 사용할 경우 각 가정에서 전기와 열을 생산하여 그 중 70~90%를 이용할 수 있어 에너지 절약과 친환경성에 있어 기존 발전방법 대비 뛰어나다. 에네팜과 함께 태양광발전을 통해 잉여전력을 생산할 경우, 잉여 전기를 전력회사에 판매할 수 있는 점도 장점이다. 


세번째는 재해에 대비할 수 있는 방재성(防災性)이다. 지진이나 태풍 등의 재해로 정전사태가 일어나도 자가 발전이 가능하여 비상용 전원과 용수의 확보가 가능하다. 특히, 2011년 동일본대지진 이후, 에네팜이 갖고 있는 방재성에 주목하는 소비자가 늘어났다.  


한편에네팜 설치 시 발생하는 높은 초기 비용은 해결해야 할 과제로 자주 언급되었으나, 최근 신기술의 등장과, 비용절감노력, 정부보조금 등으로 이러한 문제점은 점차 개선되고 있다. 경제산업성이 2019년 3월 발표한 수소연료전지전략 로드맵에 따르면,  1대당 가격은 2009년 300만엔에서 2018년 12월 기준 100만엔 수준까지 내려갔으며, 정부는 2020년 경까지 이 가격을 80만엔~100만엔투자회수기간을 7~8년까지 낮춤으로써 공적 보조금에 의존하지 않는 자립적인 가정용 연료전지 보급을 목표로 하고 있다.  

 

국내 상용화를 준비하는 한국 
 

가정용으로 사용되는 연료전지는 고체고분자형 연료전지(PEFC)와 고체산화물형 연료전지(SOFC)의 2종류가 있다. 일본 국책연구기관 NEDO에 따르면, SOFC는 기존 PEFC 방식의 연료전지와 비교하였을 때, 발전효율이 높고 구조가 단순하여 비용절감이나 시스템의 소형화에 유리하는 등 차세대 가정용 연료전지로 주목을 받고 있다.  


이러한 가정용 SOFC 시장에서 한국기업도 서서히 경쟁력을 갖추고 있다. 실제, 2019년과 2020년 미코, STX 중공업, 에이치앤파워 등의 일부기업에서 1~2kW급 소형 SOFC 연료전지 개발과 상용화에 성공하 핵심기술의 고도화 및 국산화 박차가 가해지고 있다. 한편, 정부에서도 정책적 지원을 준비하고 있다. 월간 수소경제에 따르면, 그간 SOFC 시스템은 기존 규격으로는 안전성과 성능 등을 평가할 수 없어 시장 출시가 지연되는 문제가 있었다. 이에 정부는 올해 중으로 SOFC에 대한 KS표준과 원별 보정계수를 마련하여, 한국기업이 정부보급사업과 의무화시장 진출을 돕고, 지자체와 도시가스협회 등에서도 지원을 강화할 예정이다. 

 

시사점 


이처럼 일본은 오랜 기간동안 시장 내 경쟁기업들의 꾸준한 연구개발과 관・민・학간의 협업으로 기술개발과 실증실험을 거듭하며 수소사회 진입을 위한 기반을 다져왔다. 그리고 교토의정서의 효력 종료와 새로운 파리 협약의 발효가 연말연초로 다가오면서, 전세계적으로 기후변화를 막기 위해 탄소배출을 억제해야 한다는 공감대가 형성되면서, 일본의 연료전지 기술이 주목을 받고 있다. 


한편, 2019년 삼정KPMG 경제 연구원에서 발표한 "연료전지 시장의 현재와 미래"에 따르면, 한국 정부는 2022년까지 가정∙건물용 연료전지 부분에서 국내 누적 50MW보급, 2040년 2.1GW를 보급하여 규모의 경제를 달성한다는 목표를 세웠다. 또한, 국내 발전용, 주택∙건물용, 수송용 연료전지 시스템 기술 수준은 선진국 수준에 90%이상 도달한 것으로 평가되고 있으며, 2018년 기준으로 주택 ∙ 건물용 연료전지는 총 4.7MW를 보급하였다.


이를 실현하여 향후 잠재성이 큰 가정용 연료전지 시장에서 우리 기업이 기술 경쟁력을 갖추기 위해서는 기업의 기술개발 노력과 함께 수소 핵심기술 고도화 및 국산화를 위한 정부의 중장기 적인 제도적 지원과 투자가 필요할 것으로 사료된다. 


 자료 : 경제산업성 에너지 백서, NEDO, 일본 연료전지보급추진협회, 미우라 공업, 삼정KPMG 경제 연구원, 후쿠오카 무역관 자료 종합

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