수소경제 향후 10년간 성장 가능성

수소 경제 2023-2033: 생산, 저장, 유통 및 애플리케이션

IDTechEx는 저탄소 수소 시장이 향후 10년간 크게 성장하여 2033년에는 예상 생산 능력을 기준으로 1,300억 달러에 달할 것으로 전망합니다. 이 보고서는 수소 경제의 성장을 촉진하기 위해 필요한 요소들을 평가하고 전체 가치 사슬에 대한 포괄적인 검토를 제공하며, 모든 관련 기술에 대한 기술 분석, 기술-경제적 비교, 주요 상업 활동(기존 및 신흥 기업뿐만 아니라 프로젝트 포함)에 대한 세부 정보, 주요 혁신, 모든 가치 사슬 구성 요소에 대한 시장 동향을 포함하고 있습니다.
 
수소 경제는 저탄소 수소를 활용하여 주요 산업 부문과 장거리 운송을 탈탄소화하는 동시에 증가하는 저탄소 에너지 수요를 충족하는 미래 에너지 인프라를 구상하고 있습니다. 이 경제는 수소 기술이 중심이 되는 글로벌 에너지 사용과 산업 공정에 중대한 변화를 의미합니다. 이러한 변화는 빠르게 일어나지는 않겠지만 전체 수소 가치 사슬에 걸쳐 인프라를 개발하는 데 상당한 기회가 있습니다.
 

 
 
이러한 비전이 실현되려면 저탄소 수소 생산, 저장 및 유통 인프라를 포함한 다양한 가치 사슬 구성 요소가 수소 최종 사용 부문의 수요에 맞춰 조정되어야 합니다. 석유 및 가스 산업과 마찬가지로 수소 가치 사슬은 업스트림(생산), 미드스트림(저장 및 운송), 다운스트림(최종 사용 부문) 요소로 나뉩니다. 이러한 수소 가치 사슬의 각 구성 요소에는 고유한 기술적, 사회경제적 과제가 있습니다.
 
저탄소 수소 생산
현재 전 세계 수소의 95% 이상이 증기 메탄 개질 및 석탄 가스화 플랜트에서 생산되는 화석 연료 기반의 회색 및 검은색 수소에서 생산됩니다. 따라서 전 세계 많은 기업이 블루 수소(이산화탄소 배출을 포집한 천연가스 개질) 또는 그린 수소(재생 에너지를 이용한 물 전기분해) 등 새로운 저탄소 수소 생산 자산 개발에 주력하고 있습니다. 이러한 프로젝트는 산업 사용자 근처에 위치하며, 잠재적 사용자가 많은 산업 구역에 위치하는 경우가 많기 때문에 해당 부문이 탈탄소화를 시작함에 따라 향후 확장할 수 있습니다.
 
IDTechEx는 저탄소 수소 시장이 향후 10년간 크게 성장하여 2033년에는 예상 생산 능력을 기준으로 1,300억 달러에 달할 것으로 예상합니다. 하지만 업스트림은 개발이 필요한 가치 사슬의 한 부분일 뿐입니다. 대부분의 사람들이 상당한 생산 인프라의 필요성을 인정하지만, 업스트림과 다운스트림 자산을 연결하는 방대한 미드스트림(저장 및 유통) 인프라의 필요성을 과소평가하는 경우가 많습니다.
 
수소 저장 및 유통

 
보고서에서 다루는 수소 저장 및 유통 방법의 개요. 
수소의 우수한 에너지 특성(에너지 밀도 120MJ/kg)에도 불구하고 수소가 직면한 주요 과제 중 하나는 복잡한 저장 및 유통 과정입니다.

 

 
보고서에서 다루는 수소 저장 및 유통 방법의 개요. 
수소의 우수한 에너지 특성(에너지 밀도 120MJ/kg)에도 불구하고 수소의 주요 과제 중 하나는 주변 조건에서 밀도가 매우 낮기 때문에(0.084kg/m3) 저장 및 운송이 복잡하다는 점입니다. 충분한 양의 수소를 저장하려면 고압(100~700bar)으로 압축하거나 극저온(끓는점 -253°C)에서 액화해야 합니다.
 
이러한 방법은 상업적으로나 기술적으로 가장 성숙한 방법이지만 상당한 단점이 있습니다. 상당한 양의 에너지를 소비하므로 수소의 유효 에너지 함량이 감소합니다. 압축은 압력에 따라 수소의 원래 에너지 함량의 약 10~30%를 사용합니다. 액화는 훨씬 더 에너지 집약적이며 수소 에너지 함량의 30~40%를 소비합니다. 이러한 요소는 전체 왕복 에너지 효율을 크게 감소시켜 모빌리티 및 에너지 저장 분야의 애플리케이션에 상당한 영향을 미칩니다. 또한 압축 가스 저장에는 안전 위험이 따르고 액체 수소 저장에는 끓어오르는 문제가 있어 저장된 수소의 일부가 낭비되기도 합니다. 이러한 문제로 인해 특히 국제 운송은 비용이 많이 들고 비효율적입니다.
 
고정식 저장을 위한 유망한 대안으로는 소규모 저장을 위한 금속 수소화물 시스템과 대규모 일별 또는 계절별 저장을 위한 지하 저장(소금 동굴 등)이 있습니다. 운송의 경우 파이프라인은 생산과 최종 사용을 연결하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 전 세계 여러 기업이 새로운 순수 수소 파이프라인을 개발하고 있으며, 일부는 기존 천연가스 파이프라인의 용도를 변경하려고 합니다. 암모니아와 액체 유기 수소 운반체(LOHC)는 기존의 화학 및 석유화학 운송 인프라를 활용할 수 있기 때문에 특히 국제 운송에 유망한 것으로 간주됩니다. 이 보고서는 이러한 저장 및 유통 방법에 대한 자세한 분석과 비교를 제공합니다.