청정 에너지­—그리고 탄소 중립으로의 도약

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소개

기후 변화를 해결해야 한다는 공동의 시급성이 점점 커지고 있습니다. 지난 8월 국제연합의 기후 변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)는 지구 온도 상승폭을 1.5°C로 제한하는 것이 여전히 가능하지만, 이를 위해서는 즉각적이고 신속한 변화가 필요하다는 내용의 중요한 보고서를 발표했습니다.1  

11월에 열리는 국제연합 기후 변화 협약 당사국총회(COP26)에서 각국 정부는 온실가스(GHG) 배출량을 대폭 감축하는 방안을 채택하는 등 변화를 시도할 계획입니다. 

이 계획의 큰 부분을 실현하고 전환 기회를 잡으려면 반드시, 전체 탄소 배출량의 73%를 차지하는 에너지 부문을 다뤄야 합니다.2 전력은 세계 어디에나 필요하기 때문에 무언가 조치를 취하지 않으면 안 됩니다. 그 조치은 바로 청정에너지로의 도약입니다. 

전 세계 배출의 73%를 차지하는 에너지 섹터

이와 더불어 산업 및 교통의 전기화 역시 탄소 중립으로 가는 거대한 원동력입니다. 물론 이 과정에서 청정에너지가 사용될 때에만 가능합니다. 전기화 수준이 높아짐에 따라 전반적인 전기에 대한 수요도 늘고 있습니다. 실제로 미국 에너지부의 한 연구는 전기화의 폭이 넓어지면 2050년 미국 전기 소비량이 38%까지 늘어날 것이라고 전망하였습니다.3

그러나 우리는 세계가 무엇을 해야 하는지 알고 있지만 이러한 도약을 할 시간이 많지 않습니다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 파리 협정의 세기 중반 목표인 2050년까지 탄소 중립에 도달하려면 2030년까지 전례 없는 수준으로 청정 에너지에 투자해야 합니다(그림 1 참조).4 재생 에너지, 전기차 충전소, 수소, 탄소 포집 및 저장을 포함한 모든 사용 가능한 청정에너지 기술의 대규모 배치가 필요합니다.

그림 1: IEA의 'Net-Zero Pathway'를 향한 연간 청정에너지 투자

Annual Clean Energy Investment in the IEA's Net-Zero Pathway
출처: 국제에너지기구(International Energy Agency, IEA)

2050년까지는 전력 생산의 90%를 청정자원이 공급해야합니다. (풍력과 태양열이 약 70%를 차지하는 수준으로) (그림 2 참조).5 즉, IEA의 탄소 중립 경로를 따라가기 위해서는 풍력 에너지 생산량을 11배, 태양열 에너지 생산량을 20배 증가시켜야 할 것입니다.

그림 2: 청정에너지로의 도약

2050년까지 탄소 중립 달성 가정 상 출처별 글로벌 전력발전 추이

The Leap to Clean Energy
출처: 국제에너지기구(International Energy Agency, IEA) CCUS—탄소 포집, 활용, 저장 TWh—테라와트/시

다행히 풍력과 태양열은 이미 비용 효율적이고 경제적입니다.BloombergNEF의 균등화 발전 비용 분석에 따르면, 실제로 두 에너지원은 전 세계 전력 수요 90% 가량의 대량 생산을 위한 가장 저렴한 공급원입니다. 그리고 전 세계 절반 가까이에서 기존 석탄 또는 가스 연료 발전소를 가동하는 것보다 대규모 풍력 또는 태양열 발전소를 새로 지어서 가동하는 것이 비용도 더 적게 듭니다.6 재생 에너지 설비를 대량 생산해야 원가를 절감할 수 있기에 앞으로도 이 추세가 가속화될 것으로 예상합니다.

탄소 중립에 있더 또 다른 긍정적인 움직임은 정부와 기업들의 우선순위가 바뀌고 있다는 것입니다. 이제 탄소 중립 서약이 지구촌 탄소 배출량의 70% 가량, 그리고 전 세계 GDP의 70% 이상을 차지합니다.7(그림 3 참조)

그림 3: 그 어느 때보다 강력한 탈탄소 모멘텀

탄소 중립 서약이 적용되는 글로벌 GDP

Momentum Behind Decarbonization Has Never Been Stronger
출처: 세계은행, ECIU, Bernstein 분석

국가들은 파리 기후 협약을 토대로 신뢰할 수 있는 기후 정책과 입법을 추진하고 있습니다. 이를 통해 청정 에너지 표준, 탄소 가격제 도입, 전기차 충전소 구축을 위한 정부 지원, 전력망의 탄력성 개선 등의 결과가 나올 수 있습니다. 예를 들어, 미국 조 바이든 대통령은 2030년까지 미국 전력 생산의 80%가 청정에너지원에서 나오도록 의무화하는 법을 제정할 예정입니다. (2035년까지 이를 100%로 확장).8 한편, 캐나다는 최근 기후 목표를 법률로 명시하는 법안을 통과시켰습니다.9

이러한 공약들은 정부에서 시작되어 기업으로도 내려오고 있습니다. 여기에 바로 기회가 있습니다. 기업들은 탄탄한 운영 전문성과 대규모 자본을 가진 협력사와 손잡고 탈탄소화 계획을 이행하고, 자신들이 실제로 탄소 중립으로 향하고 있음을 입증해야 할 것입니다. 기업들은 온실가스 감축의 첫 단계로 t신재생 에너지 공급업체와의 계약을 검토할 수 있고. 사업부지 내외의 신재생 자산 인수, 산업 공정 전기화, 녹색 수소 및 배터리 저장 기술 시행 등의 조치도 취할 수 있습니다.

전 세계 전력망 녹색화는 오늘날 세계에서 가장 큰 규모의 단일 탈탄소화를 실현할 기회이며, 우리는 지금 당장 행동을 취해야 합니다.

기업의 전력 계약

기후 변화에 대응하고 사업적으로 차별화를 꾀하며 평판을 강화하기 위해 자발적으로 탄소 감축 목표를 설정하는 기업이 늘고 있습니다. 

앞으로 규제, 탄소세, 이해 당사자 압력이 점점 늘면서 기업은 어떤 재화나 서비스를 제공하든 생산 공정을 탈탄소화하기 위해 노력해야 할 수밖에 없습니다. 

모든 탈탄소화 계획의 첫 걸음은 사업 운영에 사용되는 전력을 친환경으로 바꾸는 것입니다. 이는 기업이 구매한 에너지 가동에서 발생되는 간접 배출인 Scope 2 배출을 즉시 해결합니다. 

이 목표를 이행하는 기업은 청정에너지를 공수해야 하며, 보통 이를 위해 신재생 에너지 공급업체와 전력 구매 계약(power purchase agreement, PPA)을 맺습니다(그림 4 참조). 이러한 PPA는 10~20년 동안 전력공급 가격을 동결하여 신재생 에너지 사업 개발자가 신규 사업을 구축할 수 있는 수익을 확실하게 보장하고 자본수익을 거둘 수 있도록 합니다. 나아가 PPA 구조는 신재생 에너지 생산 설비와 연결되어 있기 때문에, 이런 계약은 부가성을 창출하기도 합니다. 부가성이란, 관련 투자가 이루어지지 않았을 때보다 신재생 에너지 산출량, 혹은 품질이 높아짐을 의미합니다. 

그림 4: 미국 태양광 분야에서 활발하게 이루어지는 기업 PPA 활동

지역 별 전력량(GW)

Corporate PPA Activity Is High for U.S. Solar

기술 별 전력량(GW)

Corporate PPA Activity Is High for U.S. Solar
출처: Bloomberg New Energy Finance(2021년), IEA Corporate PPA 데이터베이스 GW—기가와트

예를 들어 Amazon은 세계 최대의 신재생 에너지 구매 기업이며 2025년까지 구매 에너지 100%를 신재생 에너지로 바꾸는 목표를 세웠습니다. 2021년 6월, Amazon은 10기가와트(GW) 신재생 에너지 용량에 도달했다고 발표했으며, 현재 전 세계적으로 232개의 신재생 에너지 사업을 추진하고 있습니다. 여기에는 85개 유틸리티 규모의 풍력 및 태양광 사업, 태양광 옥상을 구축하는 147개의 시설 및 저장공간이 포함됩니다.10 이 사업을 통해 Amazon의 본사 사무실, 유통 센터, 데이터 센터, Whole Foods 매장에 신재생 에너지가 공급될 것입니다.

Facebook도 신재생 에너지를 대규모로 구매하는 기업입니다. 작년부터 Facebook은 기업 운영에 신재생 에너지만 100% 사용하고 있습니다. 이 회사는 18개 주와 5개국에 걸쳐 6기가와트가 넘는 풍력과 태양광 에너지 공급계약을 맺고 있습니다. 63개 사업 모두 새로 시작된 사업이며, 지원하는 데이터 센터와 동일한 전력망에 위치해 있습니다.11

청정에너지 자원을 사용하는 것은 테크기업만은 아닙니다. 화학 등의 다른 부문의 기업들도 참여하고 있습니다. 예를들면, BASF는 최근 네덜란드에서 개발 중인 해상 풍력 발전 단지 지분을 인수했습니다. 가동 준비가 끝나면 BASF는 장기 PPA를 통해 직접 투자한 풍력 발전소로부터 전기를 구매할 계획입니다.12 2050년까지 BASF가 달성하고자 하는 탄소 중립 목표를 보면 Scope 2 배출량 감축을 위한 중요 수단은 화석 연료 기반 전력을 무화석 전력으로 대체하는 것입니다.

증가하는 기업 계약 수요를 충족하려면 신재생 에너지 협력사가 새로운 개발 파이프라인을 확보, 개발, 지속적으로 보충할 수 있어야 합니다. 이를 위해서는 현장에서 주로 여러 토지 소유자와 접촉하며 토지를 확보하고, 전력망 연결과 허가도 받아야 합니다. 사업이 진행됨에 따라 장비 조달, 엔지니어링, 개발, 건설 관리 기술도 필요합니다. 자본이 전제 조건이지만, 기업의 친환경 전력 목표 달성을 돕는 기회가 기업 PPA 시장의 성장을 활용할 수 있는 개발 및 상업적 역량을 갖춘 협력사에 점점 더 주어지고 있습니다.

Brookfield Wind Turbines

태양광 및 풍력

2020년에는 코로나19 대유행으로 경기가 침체되었음에도 불구하고 신재생 에너지 용량이 10% 증가했습니다. 작년에 추가된 모든 신규 전력 용량 중 80%가 신재생이었으며, 태양광과 풍력이 그 점유율의 91%를 차지했습니다.13

기업 구매자의 수요, 유망한 경제, 그리고 국가 탄소 감축 목표 달성을 위한 발전 부문 규제 추진은 모두 청정에너지 개발의 성장을 이끌고 있습니다. 

올해 말까지 전 세계 전력의 30%가 신재생 에너지를 통해 생산될 것으로 예상되고 있습니다.14 2020년에 처음으로 원자력을 포함한 저탄소 전력의 발전량이 전 세계 석탄발전소의 총 발전량을 초과했습니다(그림 5 참조).

그림 5: 태양광과 풍력의 성장, 그리고 석탄의 감소세

1971~2021년 세계 전력 생산 내 저탄소 공급원과 석탄의 점유율

Solar and Wind Grow While Coal Declines
출처: 국제에너지기구(International Energy Agency, IEA)

신재생 에너지는 지금도 성장하고 있지만, 앞으로는 더 빠르게 성장해야 합니다. IEA에 따르면 630GW 태양광, 390GW 풍력 전력이 매년 추가되어야 합니다. (그림 6 참조)다시 말해 2030년까지 신재생 에너지 개발이 2020년(기록적 성장을 보였던 한해)의 4배 규모로 이루어 져야 한다는 것입니다. 15

그림 6: 2030년까지 신재생 에너지 기술은 4배 가량 성장해야 함

추가 용량(GW)

Figure 6: Renewable Energy Technologies Need to Quadruple by 2030
출처: 국제에너지기구(International Energy Agency, IEA) GW—기가와트

바이든 정부의 초당적 인프라 협정은 정부가 신재생 에너지 개발을 가속화할 필요성을 인정하는 예입니다. 이 협정은 바이든 대통령이 처음 제안했던 야심찬 아이디어들을 모두 포함하지는 않지만, 5,550억 달러의 추가 지출 계획을 내포하고 있습니다. 구체적으로는, 미국 전력 인프라 업그레이드에 730억 달러 책정이 있습니다, 이는 신재생 에너지 확대 촉진을 위한 신규 송전선 건설 비용을 포함합니다.16 청정에너지 생산을 위한 세금 지원도 신재생 에너지 확대를 촉구할 수 있습니다. 실제로 바이든의 American Jobs Plan을 보면 청정에너지 세제 공제의 장기 연장이 제안되어 있습니다.17

현재 태양광(시설 및 분산 발전)과 풍력(육상 및 해상)은 기업이 Scope 2 탄소 배출량 감축에 활용할 수 있는 기술입니다. 태양광과 풍력은 경제적이기도 하지만 기술적으로도 매우 진보하였습니다. 탄소 중립에 도달하기 위해서는 물론 신흥 재생 에너지 기술에 대한 투자도 필요하며, 이를 위한 기회도 열려있습니다.

2050년까지 IEA가 목표로 삼은 탄소 중립 여정에서 배출량 감축의 절반 가량은, 현재 시연 또는 프로토타입 단계에 있는 기술에서 비롯됩니다. 배터리와 녹색 수소도 이러한 기술에 속합니다.

태양광 분산 발전

분산 발전(DG)은 주거지 및 업무공간을 활용하는 기술이며, 에너지 생산 능력에서 유의미한 부분을 차지합니다.

태양광 패널 기술이 발전하면서 이를 건물 옥상 등 쉽게 설치할 수 되었을 뿐 아니라 창문, 차양, 주차장 등 건물 자체나 주변에도 쉽게 설치할 수 있게되었습니다.

분산 발전은 거대한 중앙 집중 시설에서 생산한 전력을 전력망을 통해 송전하지 않고, 현장에서 사용할 전력을 그 자리에서 생산합니다. 점점 많은 상업 및 산업 고객이 탈탄소화를 원하면서 이러한 분산 발전 수요가 확대되고 있습니다. 현장에서 신재생 에너지를 직접 사용할 수 있게 함으로써, 분산 발전은 지자체, 학교, 기업 등의 탄소 배출량 감축에 기여할 수 있습니다.

2027년까지 전 세계 분산 발전 시장은 4,400억 달러에 이를 것으로 예상

분산 발전을 통해 고객은 직접 전력을 생산할 수 있으나, 필요에 따라 전통 유틸리티 시설로부터 전력을 구매할 수도 있습니다. 또한 고객이 분산 발전에서 생산된 전력을 예비용으로만 사용하는 경우도 있습니다. 예를 들어 배터리가 있는 고객이 에너지 효율성 이니셔티브를 통해 부하를 줄인 경우도 있습니다.

또한 대부분의 시장에서 분산 발전은 현재 가장 경제적인 대량 전력 공급원 중 하나이며, 에너지 공급업체와 조달업체 모두에 매력적인 선택입니다. 이는 송전 비용이 들지 않아 자가 소비자에게 특히 매력적입니다.

따라서 분산 발전은 고객의 에너지 수요를 충족할 뿐 아니라 친환경관련 수요도 충족할 수 있도록 하는선택입니다. 분산 발전은 녹색 경제의 일원이 되려고 하는 고객을 그렇게 만들어 줄 수 있다는 점에서 친환경 에너지 전환의 최전선에 있습니다. 

Distributed Generation

BloombergNEF는 향후 5년간 늘어날 상업용 및 산업용 분산 발전량이 과거 5년의 발전량의 두 배에 달할 것으로 전망했습니다. 또한 시장 조사 기업 Global Industry Analysts도 전 세계 DG 시장이 2027년까지 4,400억 달러에 이를 것으로 전망했습니다.18

이러한 변화는 전력망과 소비자의 전기력 사용 방식을 모두 발전시킬 것입니다. 점차 대규모 중앙집중형 화석 연료 발전소는 크고 작은 규모의 재생 에너지 생산처로 대체될 것입니다. 부하치에 가깝게 전력을 생산하면 송전과 분배에 따른 손실을 방지할 수 있으며, 배터리 저장 장치를 함께 사용하는 경우 에너지 회복 탄력성을 제공합니다.

풍력

신규 설계방식 및 진보하는 제조기술은 청정에너지 사업의 경제성을 향상시키고 있습니다. 예를 들어 태양광 분야에서 패널 장 당 평균 발전량을 늘린다면, 더 작은 규모에서 더 낮은 비용으로 같은 양의 전력을 제공할 수 있는 것과 같은 원리입니다.19

태양광 부분에서는 기술 발전이 태양광 패널의 크기를 축소하였다면, 풍력 부문은 그 반대입니다. 풍력 발전기 제조업체는 더 강력한 소재를 사용해서 터빈 크기/규모의 한계를 넘어보려 노력합니다. 이렇게 터빈의 사이즈를 확대하면 전력 생산량이 증가하고, 터빈 당 발생 수익도 함께 늘어납니다. (그림 7 참조)

그림 7: 풍력 터빈은 더욱 거대해지고 효율적이 됨

Offshore Wind Turbines Have Grown Bigger and More Efficient
출처: Brookfield Public Securities 기업 자료. 터빈 이미지는 대략적인 높이로 조정. MW—메가와트

풍력의 재강화는 또 다른 기회를 제공합니다. 풍력 재강화란 기존 풍력 발전용 터빈을 해체 또는 개조하고 새 터빈을 발주하는 것의 결된 활동입니다.20 재강화 시장은 거대합니다. 향후 5년 안에 전 세계 풍력 설비 중 200GW 가량이 15년 이상된 노후 설비가 되기 때문입니다. 이때 나머지 인프라는 그대로 유지하면서재강화를 통해 터빈을 보다 효율적인 제품으로 교체하여 설비 생산량을 늘릴 수 있습니다.

이 산업은 앞으로 규모가 대폭 확대될 것으로 보입니다. 예를 들어, 미국 바이든 정부는 해상 풍력 에너지를 활성화하는 방법을 모색하고 있습니다. 유럽은 25GW를 생산 가능한 발전기 설치를 통해 해상 풍력 발전을 선도해왔습니다. (그림 8 참조)21 다만 지난 3월 바이든 정부는 2030년까지 해상 풍력 에너지 생산량을 현재의 42메가와트에서 30기가와트로 늘린다는 목표를 세웠고백악관은 미국 최초의 상업용 해상 풍력 발전소 Vineyard Wind 공사를 승인했습니다.22

그림 8: 해상 풍력 발전을 주도하는 유럽

출력(GW)

Europe Leads in Offshore Wind Power
출처: International Renewable Energy Agency, Wood Mackenzie, Financial Times. GW—기가와트. MW—메가와트.

저장시설

풍력과 태양열은 간헐적으로 발생하기 때문에, 더 많은 산업 분야가 전기화되면 신재생 에너지 발전에 있어 저장 기술이 핵심 역할을 하고 또 다른 투자 기회를 마련해줄 것입니다.

전력망에 있어 늘 수요와 공급의 균형이 중요합니다. 그러나 전력 생산이 점차 석탄이나 천연 가스와 같은 탄소 집약적인 기초 발열 생산에서 간헐적으로 에너지를 생산하는 신재생 에너지로 이동함에 따라 이 수요와 공급의 균형을 맞추기가 점점 어려워지고 있습니다. 따라서 신재생 에너지의 확대는 저장시설에 대한 필요성을 동반합니다.  

배터리 저장 기술이 발전해야 신재생 에너지가 수요가 정점을 찍는 상황에도 대응하고, 시간대별로 에너지를 전환하고, 중요한 전력망 안정화와 부수적 서비스를 제공할 수 있습니다. 하지만 배터리 저장 기술 개발은 전력망보다는 교통 수단의 전기화에만 초점을 맞추고 있습니다. 오늘날 미국의 차량 전체에서 전기차가 차지하는 비중은 1%에 불과하지만, 골드만삭스는 2030년까지 전기차 비중이 13%, 2040년까지 32%를 차지할 것이라고 전망했습니다. (그림 9 참조) 자동차 부문이 배터리 기술 발전을 주도하고 있기 때문에, 전력 부문도 이런 이점을 활용할 수 있어야 할 것입니다. 

그림 9: 자동차 부문 배터리 기술 개선 기대

미국 내 운행 차량 합계

Expect Battery Technology Improvements From the Auto Sector
출처: EIA, IRENA, Goldman Sachs Global Investment Research

점차 더 많은 신재생 에너지가 전력망에 들어오면서, 배터리 저장 기술이 왜 필요한지가 확실하게 부각되고 있습니다. 2020년 8월에 폭염과 산불로 캘리포니아에서 정전이 발생했을 당시,정전이 금새 해소되고 전기 공급이 곧 재개됨에 따라 2~4시간 분량의 배터리가 상황을 진정시키기에 충분했습니다. 그러나 밤새 정전이 일어날 경우, 철-공기배터리 같은 대용량 에너지 저장 장치를 신재생 에너지 가치 체인에 추가되어야 한다는 사실이 매우 중요해 질 것입니다.

정부와 투자자들의 도움 아래 배터리 기술은 발전하고 전 세계 에너지 저장 시장도 성장할 것입니다. 이는 에너지 저장 투자와 관련된 단독 세액공제 방식을 통할 수도 있고 수요가 확장됨에 따른 방식을 통할 수도 있습니다. 저장 솔루션에 투자하면 전력 수요가 정점을 찍는 기간에 산업 분야 소비자나 다른 대규모 전력 사용자가 전력망에서의 에너지 필요량을 줄일 수 있습니다.  작년에 세계적으로 54억 달러 가량이 저장 프로젝트에 투자되었으며, 총 누적 투자 규모는 220억 달러 가량으로 늘어났습니다.23 투자는 여기에서 끝나지 않습니다. Wood Mackenzie는 전체적인 투자 규모가 2025년까지 860억 달러에 이를 것으로 전망하였습니다.

글로벌 에너지 저장 시장은 2020년에 15GW/27GWh(기가와트-시)를 넘어섰습니다. 연간 저장 용량이 70GWh씩 늘어나면, 2030년에는 시장이 27배 성장할 것으로 예상되고, 이때 2030년의 저장 용량은 729GWh를 넘을 것으로 예상됩니다.24 이 성장의 대부분은 미국과 중국에서 일어날 것으로 전망됩니다.

미국의 대용량 배터리의 대대적인 성장세는 잦아들 기미를 보이지 않고 있습니다. 미국 에너지 정보청(EIA)의 8월 보고서에 따르면, 사업 개발자들은 2021~2023년 사이 미국에서 10GW이상의 대용량 배터리를 설치할 계획을 세웠습니다. 이는 2019년 용량의 10배에 달합니다.25

2030년까지 전 세계 에너지 저장 시장 27배 성장 예상

전체 전력 비중에서 태양광이 26% 이상을 차지하고 있는 캘리포니아 주 내 대형 기술업체들은 에너지 저장시설을 사업 계획에 포함시키고 있습니다.26 아마존은 지난 4월, 에너지 저장시설과 함께 태양광 프로젝트를 시작했다고 발표했습니다.27 애플도 미국에서 가장 큰 규모의 배터리 프로젝트 중 하나인 California Flats를 건설하고 있다고 발표했습니다.28 

전체적으로 보면, 아직까지 상업적으로 비용 효율적인 저장 기술을 보유한 시장은 세계적으로 거의 없습니다. 하지만 그러한 미래를 향한 발전이 순조롭게 이루어지고 있습니다. 하지만 저장 기술이 상용화되는 상황은 점차 늘어나고 있습니다. 이 분야의 규모 경제, 신재생 에너지의 글로벌 성장, 기술 발전이 모두 저장 기술 발전에 기여할 것입니다.29 그리고 연방 정부의 규제와 기후 변화 대응을 위한 주 또는 지방의 법률 역시 이 과정을 가속화할 것입니다.

2010년부터 소규모 발전의 축적은 리튬 이온 배터리 비용을 85% 이상 축소시켰습니다. (그림 10 참조)30 특히 생산 능력 확대가 비용을 크게 줄였고, 화학 물질 및 설계 조정을 통해서도 추가로 비용이 절감되는 효과가 생겼습니다.31

그림 10: 급격하게 하락한 배터리 가격

톤당 KW 시간 당 미국 달러

Battery Prices Have Dropped Sharply
출처: BloombergNEF

지난 10년 간 리튬 이온 배터리 원가 85% 하락

일부 시장의 배터리결합 신재생 에너지는 가스 연료 발전소 대비 원가 경쟁력을 서서히 올리고 있습니다. 예를 들어 미국에서는 2시간 전원 공급 장치를 사용해 100MW용량 배터리를 방전하는 데 드는 비용이 MWh당 140달러 수준으로 내려갔습니다.32 이는 전력 공급이 부족할 때 수요에 따라 가동하는 '피커' 가스 발전소와 비교 시 경제적으로 유리합니다. 피커 발전소는 MWh당 151달러라는 비용으로 전력을 생산할 수 있습니다. 그리고 배터리를 사용하는 태양 에너지 발전소도 항시 가동할 수 있는 가스 발전소와의 원가 격차를 줄이고 있습니다.

배터리 가격은 앞으로 계속 낮아질 것으로 보입니다. BloombergNEF는 향후 10년에 걸쳐 리튬 이온 배터리 가격이 절반으로 떨어질 것이라 예측합니다.33 이렇게 가격이 내려가면, 신재생 에너지와 저장 기술을 결합하여 지구상의 더 많은 지역에서, 화석 연료 발전보다 청정하고 저렴한 형태의 에너지를 공급할 수 있을 것입니다.

Battery Prices Have Dropped Sharply

녹색 수소

수소를 사용하면 에너지를 사용 가능한 형태로 저장하고, 한 장소에서 다른 장소로 운반할 수 있습니다.34 수소는 에너지를 방출할 때 탄소를 배출하지 않습니다. 그리고 무게 단위당 에너지 함량이 높기 때문에 산업 전반에 걸쳐 다양하게 활용될 수 있습니다. 

또한, 수소는 세계에 가장 풍부하게 존재하는 원소이면서도 오늘날 세계 에너지 구성에서 작은 부분을 차지합니다. 이는 수소를 순수한 형태로 손쉽게 사용할 수 없기 때문입니다. (수소 추출을 위해서는 초기 에너지원과 기술 응용 필요) 오늘날 수소 대부분은 천연 가스를 사용해 생산되고 있습니다.

청정한 방식으로 으로 생산된 수소, 즉 '녹색 수소'는 시장의 판도를 바꿀 수 있습니다. 장거리 운송과 철강 생산 같은 중공업 및 산업 부문은 탄소 배출량을 줄이는데 큰 어려움을 겪고 있는데, 녹색 수소는 이런 부문의 탈탄소화에 기여할 수 있기 때문입니다.

녹색 수소는 신재생 에너지가 전력을 공급하는 전해조 가동을 통해 물을 수소와 산소로 분해해서 수소를 추출합니다. 따라서 청정한 에너지원이 되는 것입니다. 다른 말로 표현하면, 수소 생산에 사용되는 전기가 청정하다면 수소 생산과 사용이 저탄소 공정이 됩니다.

안정화의 이점은 수소의 또다른 매력입니다. 풍력이나 태양열이 과잉 에너지를 생산할 때 수소는 이동 가능한 에너지원을 생산해서 저장해주기 때문입니다. 이 저장 품질은 전력망 균형 조절에 큰 도움이 됩니다. 이런 역학적 관계로 인해 신재생 에너지에 대한 수요가 더 커지고, 이것이 녹색 수소 생산을 뒷받침할 수 있습니다.

수소에 대한 수요는 2050년까지 7배 증가할 것으로 예상됩니다. (그림 11 참조) 그러나 녹색 수소 개발을 뒷받침하기 위해 필요한 기술과 인프라는 현재 걸음마 수준에 머물러 있어서 막대한 자본 지출이 필요한 상황입니다. 또한 기존 인프라를 수소에 맞도록 하는 개조도 필요합니다.이와 더불어, 녹색 수소 생산은 신재생 에너지 공급이 원활하게 이루어지는 것이 관건이기에, 신재생 에너지 개발의 중요성이 더욱 큽니다. 스페인 가스 회사 Naturgy는 에너지 전환을 위한 5개년 전략 계획을 제시하면서 이 아이디어들을 다루었습니다. 7월에 발표된 Naturgy 계획은 2025년까지 140억 유로를 투자한다는 것이며, 설비 투자 대부분이 재생 에너지 생산량 촉진과 네트워크 개조에 투입될 예정입니다.35

그림 11: 탄소 중립의 여정에서 수소 수요 7배 증가

2050년까지 탄소 중립을 위해 청정 수소를 활용할 수 있는 전 세계 시장(연간 수백만 톤 단위)

Hydrogen Demand to Increase 7x on the Path to Net Zero
출처: EIA, IRENA, Goldman Sachs Global Investment Research

오늘날 녹색 수소는 비용면에서 천연 가스, 화석 연료 중심 회색 수소, 심지어는 생산 과정에서 배출된 이산화탄소 대부분을 포집하고 저장하는 청색 수소와 비교해봐도 경쟁력이 부족합니다. 가격 경쟁력을 높이려면 산업 규모를 키워야 합니다. 그래야 원가를 낮추고 다른 연료들과 동등하게 겨룰 수 있습니다.

산업 규모를 빠르게 키우고 생산 원가를 낮추기 위해서는 정책적 도움도 필요하며, 다행스럽게도 이러한 지원이 시작되고 있습니다. 예를 들어 유럽연합 집행위원회는 2020년에 수소 전략 계획을 발표하면서, 2050년까지 약 4700억 유로를 투자할 계획이라고 밝혔습니다.36 현재 유럽에 설치된 전해조는 0.1GW 수준이지만, 이 전략은 2024년까지 친환경 수소 전해조 6GW를 설치하고 2030년까지 40GW로 늘릴 것이라고 제시합니다.37

유럽의 수소 인프라도 동원되고 있습니다. 유럽 21개국 23개 천연 가스 시스템 사업자가 모인 유럽 수소 근간(European Hydrogen Backbone, EHB) 계획은 2040년까지 수소망 39,700km를 건설할 것을 제안했습니다.38 EHB는 유럽 대륙을 가로지르는 수소 교통 인프라를 좀 더 효과적으로 계획하고 실행에 박차를 가하는 목적으로 결성되었습니다. EHB에 따르면 제안된 수소망의 69%는 기존 천연 가스 망을 개조해서 구축하고, 나머지 31%를 위해서는 새 파이프라인을 건설할 것이라고 합니다.

2021년 2월 이후131건의 대규모 수소 사업이 추가

유럽 연합 내 그린 딜(Green Deal)에서 녹색 수소만을 위한 펀드 규모를 생각하면 EHB가 예상하는 430~810억 유로의 자금은 펀딩가능할 것으로 예상됩니다. 참고로 유럽은 2050년까지 세계 최초의 기후 중립 대륙이 되는 것을 목표로 합니다.39 골드만삭스는 유럽 연합의 그린 딜의 투자자금이 2050년가지 약 10조 유로에 달할 것으로 예상합니다. (그림 12 참조) 이것은 청정에너지 투자, 에너지 효율 개선 투자, 보조금(전기차 확장을 위한 지원금) 등을 모두 포함하는 숫자입니다. 그 중 청정에너지 투자가 총 7조 유로에 이를 것으로 전망되고 있습니다. 또한 유럽의 탄소 중립 계획을 위한 입법 로드맵도 이미 마련되어 있습니다. 유럽 연합의 '핏 포 55(Fit for 55)' 계획은 2030년까지 탄소 배출량을 1990년 수준 대비 55% 이상 감축하는 방안을 제시하며, 특히 재생 에너지 발전을 지지합니다.

그림 12: 유럽 연합 그린 딜 10조 유로 규모가 추정됨

2050년

A €10 Trillion Estimate for the EU Green Deal
출처: EIA, IRENA, Goldman Sachs Global Investment Research

신규투자가 수소 용량 증가로 이어지면 수소 비용 경쟁력도 점차 높아질 것입니다. 수소위원회에 따르면, 2021년 2월 이후 전 세계적으로 131개의 대규모 프로젝트가 발표되었습니다. (이로서 총 발표된 프로젝트 숫자는 359를 기록) 40 발표된 대규모 프로젝트는 기가 단위의 생산 프로젝트, 대규모 산업 프로젝트 및 운송 프로젝트가 포함되어 있습니다. 유럽은 수소 개발의 중심지로 남아 있지만 중국도 신흥 강국으로 부상하고 있습니다.

녹색 수소 생산 원가가 풍력이나 태양 에너지의 경우처럼 줄어들면 탄소 중립으로의 전환에 굉장히 긍정적인 영향을 미칠 것입니다. 지금은 청색 수소 생산 설비가 비용면에서 녹색 수소보다 우위를 차지합니다. 그러나 앞으로 10년 뒤에는 전세가 역전될 수 있습니다. BloombergNEF는 2030년까지 모델에 포함된 모든 국가에서 녹색 수소가 청색 수소보다 저렴해질 것으로 전망하였습니다. 이 모델에는 가스가 저렴한 미국, 그리고 신재생에너지 비용이 높은 일본 및 한국 등이 포함되어있습니다.41

노르웨이의 전해조 제조업체 Nel ASA는 지난 1월, 2025년까지 녹색 수소를 1킬로그램당 1.50달러에 생산하겠다는 목표를 제시했습니다. 이는 화석 연료와 경쟁할 수 있는 가격 수준입니다.42 한편 미국 에너지부는 지난 6월, 녹색 수소 생산 원가를 10년 안에 1킬로그램당 대략 1달러 이하로 낮추기 위한 계획을 출범했습니다.43 현재 녹색 수소 생산비는 5달러/kg이므로, 이 계획에 성공하면 개발의 미래가 유망해질 것입니다.44

결론

IEA의 로드맵에 따르면 2050년까지 탄소 중립을 이루려면 앞으로 10년 안에 청정 에너지로 거대한 도약을 이뤄야 합니다. 하지만 탄소 중립으로 가는 길은 좁고, 이 길에서 벗어나지 않으려면 동원 가능한 청정 에너지 기술 전부를 즉시, 대규모로 도입해야 합니다.

전력망은 앞으로 확장을 거듭할 것입니다. 전기차 대거 도입, 옥상 태양광 패널 설치 등을 통한 분산 에너지 채택, 대형 풍력 및 태양광 에너지 저장 확대를 위해서는 전력망이 뒷받침되어야 할 것입니다.45 그리고 신재생 에너지가 시장에 많이 보급될수록 친환경 수소 생산으로 가는 길이 가까워질 수 있습니다.

하지만 우선 기업이 지속적으로 노력을 기울여야 할 부문은 탈탄소화입니다. 청정 에너지를 사용하면 탄소 배출을 막고, 다양한 이해 당사자들에게 기업이 올바른 길로 가고 있음을 증명할 수 있습니다.

Endnotes:

1. IPCC Interactive Atlas. 
2. World Resources Institute, Interactive Chart; Climate Watch 데이터
3. 2018년 7월, U.S. Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory, Electrification Futures Study.
4. 2021년 5월, IEA, “Pathway to critical and formidable goal of net-zero emissions by 2050 is narrow but brings huge benefits”.
5. 2021년 5월, IEA, “Net Zero by 2050”.
6. Bloomberg, 2021년 6월 23일, Building New Renewables Is Cheaper Than Burning Fossil Fuels.
7. '탄소'는 '이산화탄소 환산량(CO2e)'을 가리키며 메탄, 아산화질소 같은 다른 온실 가스도 포함됩니다. CO2를 특정해서 가리킬 땐 '이산화탄소'라고 말합니다. 
8. 2021년 6월 30일, Financial Times, “Biden plans push to enact clean electricity standard”.
9. Toronto Star, 2021년 6월 30일, “How Bill C-12 aims to guide Canada to net zero”. 
10. 2021년 6월 23일, Amazon, “Amazon Becomes Largest Corporate Buyer of Renewable Energy in the U.S.”.
11. 2021년 4월 15일, Facebook, “Achieving our goal: 100% renewable energy for our global operations”.
12. 2021년 6월 24일, BASF, “Vattenfall to sell 49.5% of the offshore wind farm Hollandse Kust Zuid to BASF”.
13. 2021년 4월 5일, International Renewable Energy Agency, “World dds Record New Renewable Energy Capacity in 2020”.
14. 2021년 4월 20일, IEA, “Global carbon dioxide emissions are set for their second-biggest increase in history”.
15. 2021년 5월 18일, IEA, “Pathway to critical and formidable goal of net-zero emissions by 2050 is narrow but brings huge benefits”.
16. 2021년 7월 28일, The White House, “FACT SHEET: Historic Bipartisan Infrastructure Deal”.
17. 2021년 3월 3일, The White House, “FACT SHEET: The American Jobs Plan”.
18. 2021년 8월, Global Industry Analysts, Distributed Generation (DG) Global Market Trajectory & Analytics
19. 2021년 7월 6일, Bloomberg, “Solar is Dirt-Cheap and About to Get Even More Powerful”.
20. 2021년 6월 2일, U.S. Energy Department, “Wind Repowering Helps Set the Stage for Energy Transition”.
21. 2021년 5월 12일, Financial Times, “US offshore wind projects test strength of Joe Biden’s green jobs promise”.
22. 2021년 5월 12일, New York Times, New York Times, “Biden Administration Approves Nation’s First Major Offshore Wind Farm”.
23. 2021년 4월 20일, Wood Mackenzie, “Americas to lead global energy storage market by 2025”.
24. 2021년 4월 20일, Wood Mackenzie, “Americas to lead global energy storage market by 2025”.
25. 2021년 8월 16일, U.S. Energy Information Administration, “U.S. large-scale battery storage power capacity increased 35% in 2020”.
26. 2021년 3월 11일, Bloomberg, “California’s Solar Industry Is Getting Sunburned”.
27. 2021년 4월 19일, Amazon, “Amazon Becomes Europe’s Largest Corporate Buyer of Renewable Energy".
28. 2021년 3월 31일, Apple, “Apple powers ahead in new renewable energy solutions with over 110 suppliers”.
29. 2021년 7월 22일, Wall Street Journal, “Startup Claims Breakthrough in Long-Duration Batteries”.
30. 2021년 4월 27일, Bloomberg, “The Hidden Science Making Batteries Better, Cheaper and Everywhere”.
31. 2021년 2월 5일, Wall Street Journal, “The Battery Is Ready to Power the World”.
32. 2021년 5월 16일, Wall Street Journal, “Natural Gas, America’s No. 1 Power Source, Already Has a New Challenger: Batteries”.
33. 2021년 4월 27일, Bloomberg, “The Hidden Science Making Batteries Better, Cheaper and Everywhere”.
34. 2021년 1월 7일, U.S. Energy Information Administration, “Hydrogen explained”.
35. 2021년 7월 28일, Naturgy, “Naturgy presents its strategic plan for the period to 2025 with investments of 14 billion to strengthen its role in the energy transition”.
36. 2021년 7월 8일, European Commission, “A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe”.
37. 2021년 4월 14일, European Commisison, “In focus: Hydrogen – driving the green revolution”.
38. 2021년 4월 13일, Gas for Climate, “European Hydrogen Backbone grows to 40,000 km, covering 11 new countries”.
39. European Commission website, “EU climate action and the European Green Deal”.
40. 2021년 7월, Hydrogen Council, “Hydrogen Investment Pipeline Grows to $500 Billion in Response to Government Commitments to Deep Decarbonization”. 
41. 2021년 5월 5일, BloombergNEF, “Green Hydrogen to Outcompete Blue Everywhere by 2030”.
42. 2021년 1월 21일, Nel, “Nel CMD 2021: Launches 1.5 USD/kg target for green renewable hydrogen to outcompete fossil alternatives”.
43. 2021년 6월 7일, U.S. Dept. of Energy, “Secretary Granholm Launches Hydrogen Energy Earthshot to Accelerate Breakthroughs Toward a Net-Zero Economy”.
44. 2021년 3월 5일, Standard & Poor’s, “Experts explain why green hydrogen costs have fallen and will keep falling”.
45. 2021년 3월 4일, Wall Street Journal, “We Need a Better Grid and Better Policies”.

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