1. 연구의 필요성 및 목적

■ 연구의 필요성

○ 청정수소는 온실가스 감축과 에너지 전환의 핵심 수단으로, 기후변화 대응 및 탄소중립 목표 달성을 위해 필수적

- 우리나라는 에너지 의존도가 높고, 온실가스 배출이 많은 산업 구조를 가지고 있어 안정적이고 지속가능한 청정수소 공급 기반 조성 필요

- 2030년까지 발전, 수송, 산업 부문에서 급증하는 청정수소 수요를 충족하기 위해 국내 청정수소 생산 역량 강화를 위한 연구 필요

■ 연구의 목적

○ 본 연구는 국내 청정수소 생산 여건을 종합적으로 분석하여, 청정수소 생산기반을 조성하기 위한 기술적, 경제적, 제도적 과제를 도출하는 것을 목표로 함

- EU, 미국, 일본과 같은 주요국의 사례를 바탕으로 국내 청정수소 생산 기반 확대를 위한 시사점 도출

- 주요국과 비교하여 우리나라의 청정수소 생산 기반의 핵심 구성 요소인 기술 및 산업 기반, 경제적 타당성, 정책 및 법·제도 여건을 중점적으로 점검하고 정책적 시사점 제시

- 국내 청정수소 수급 전망 및 국내 청정수소 생산에 따른 편익 및 비용을 분석을 위한 기초 연구 결과 제공

2. 연구내용 및 주요 분석결과

■ 청정수소 생산 기반의 정의

○ 청정수소 생산 기반이란 수소를 탄소 배출 없이 또는 최소화하여 생산하기 위한 기술적, 경제적, 제도적 인프라를 포괄하는 시스템을 의미

- 수소 생산 기술 및 설비 구축·운영 역량뿐만 아니라 원료 및 에너지 공급망, 정책적·제도적 지원 등을 포함

- 주요 구성요소로는 1) 청정수소 생산을 위한 기술 및 산업, 2) 경제적 타당성 및 지속가능성, 3) 원료 및 재생에너지 공급망, 4) 정책적 및 법·제도적 기반, 5) 연관 산업 인프라 등이 포함

○ 청정수소 생산 기반을 확대한다는 것은 단순히 수소 생산량을 증가시키는 것에 그치지 않고, 청정수소가 국가 에너지 시스템 내에서 주요 에너지원으로 자리 잡을 수 있도록 필요한 모든 인프라와 환경을 확장하는 것을 의미

- 1) 청정수소 생산량 확대 및 기술력 향상, 2) 경제적 지속가능성 확보, 3) 안정적인 원료 및 에너지 공급망 구축, 4) 정책 및 제도적 기반 강화, 5) 수소 유통 및 소비 인프라 확충 등의 정책 목표 달성 필요

■ 청정수소 정의 및 인증제 동향 분석

○ 청정수소란 기존 생산 방식 대비 온실가스 배출을 60~70% 수준으로 줄인 방식으로 생산된 수소를 의미

- 유럽, 미국, 일본 등 주요국에서는 수소 생산 과정에서 발생하는 온실가스 배출량을 기준으로 청정수소를 정의하고, 이를 지원하는 인증제를 운영 중

○ 청정수소인증제는 수소 생산의 전주기 온실가스 배출량을 평가하며, 이를 기준으로 청정수소에 대한 지원 체계를 마련한 국가가 다수 존재

- 우리나라는 수소 1kg당 4kgCO₂e 이하의 온실가스 배출량을 충족할 경우 청정수소로 인증하고 있으나, 인증제에 연계한 청정수소 생산 지원 정책은 부재한 상황

■ 청정수소 생산 기술 및 산업 여건 분석

○ 청정수소 생산 기술은 크게 화석연료 기반 CCS(이산화탄소 포집 및 저장) 통합 기술과 무탄소전원 기반 수전해 기술로 구분

- 천연가스를 원료로 한 증기개질(SMR) 및 자열개질(ATR) 기술이 국내에서 주로 사용되며, 연간 약 25만 톤의 청정수소 생산이 가능할 것으로 예상

- 다만, CO₂ 저장 인프라 부족으로 대부분의 CO₂는 해외로 수출해야 하는 한계 존재

- 수전해 기술은 약 10MW 전해조를 활용하여 연간 최대 1,500톤의 청정수소 생산이 가능할 것으로 예상

- 그러나 국내 무탄소·저탄소 전력(태양광, 풍력, 원자력) 공급 여건상 대규모 생산에 어려움 상존

○ 국내 청정수소 생산 기술의 성숙도는 해외 선도국에 비해 낮은 수준이며, 대규모 상용화까지는 추가 연구와 실증이 필요

- 국내 기술은 주요국 대비 3~5년 정도 뒤처져 있으며, 특히 수소 생산 시스템 및 CCUS 기술에서 해외 의존도가 높음

- 국내 청정수소 생산 산업은 대부분 중소기업 중심으로 형성되어 있으며, 수전해 기술 관련 기업들이 있으나 핵심 소재·부품 국산화율이 낮아 해외 의존도가 높은 편으로 확인

■ 국내 청정수소 생산의 경제적 타당성 분석

○ 균등화 수소생산단가(LCOH)를 분석한 결과, 국내 청정수소의 경제성은 해외 도입 청정수소에 비해 낮은 것으로 나타남.

- 천연가스 기반 청정수소의 LCOH는 약 7,100~10,800원/kgH₂로 추정되어 상대적으로 저렴하지만, CO₂ 저장 비용 및 천연가스 도입 비용이 주요 변수로 작용할 것으로 전망

- 수전해 수소에서는 전력 조달 비용이 LCOH에서 큰 비중을 차지하며, 재생에너지 기반 수전해 수소의 LCOH는 약 12,570~27,000원/kgH₂로 추정됨.

- 이는 2030년 해외 도입 청정수소 가격(약 8,300원/kgH₂)보다 높은 수준으로 평가

- 원전 기반 수전해 수소의 LCOH는 약 7,300~11,740원/kgH₂으로 상대적으로 저렴하게 생산될 수 있는 잠재 경로로 확인되었으나, 이를 실현하기 위해 법·제도의 개정이 선결되어야 함을 확인

- 향후 원전 수소 생산경로가 실현되는 경우 전반적인 국내 청정수소 시장가격이 낮아질 수 있어 국내 청정수소의 주요 생산경로 중 하나로 간주 필요

■ 국내 청정수소 생산 관련 정책 및 법·제도 분석

○ 세계 각국은 저탄소 수소 생산 기술을 개발하고 보급함으로써 청정수소의 생산 및 공급을 확대하기 위한 다양한 정책 수단을 마련

- 주요국에서는 청정수소 생산에 대한 직접적인 재정 지원을 제공하거나, 청정수소 생산설비와 관련 기술에 대한 투자유인을 높이기 위해 간접적인 조세 지원과 세액공제를 시행

- 전 세계적인 청정수소 관련 공공재정 지원 규모는 약 1,000억 달러 규모로, 수요 부문에는 400억 달러, 공급 부문에는 620억 달러가 투입

- 주요국과 달리 우리나라는 청정수소 생산 비용 절감을 위한 직접적인 인센티브가 부족하며, 청정수소인증제와 연계된 지원 체계가 미비한 상황

- 국내 청정수소 생산을 촉진하고 생산단가 절감을 유도하기 위해서는 상당한 정부 재정 투입이 필요하며, 이에 대한 지속가능한 재원 확보 노력이 필요

○ 또한, 아직은 국내 청정수소 생산을 지원하기 위한 종합적인 법적 프레임워크가 부족한 실정

- 수소사업법 제정 지연으로 인해 청정수소 생산을 위한 명확한 인허가 및 규제 체계 부재

- 수소사업의 특수성으로 인해 도시가스사업법 및 전기사업법 등 현행 법률간의 충돌 소지 존재

- 수전해 기반 청정수소 생산의 전력 관련 규제 공백 및 특례규정 부족

3. 결론 및 정책 시사점

■ 국내 청정수소 생산 여건 평가

○ 국내 청정수소 생산 기반은 기술적 성숙도가 낮고 경제성 확보가 어려운 상황이며, 정책적 지원 역시 충분하지 않을 뿐만 아니라 수소사업에 대한 법·제도적 공백도 큰 편

- 천연가스 기반 청정수소의 경우 원료 조달 및 CO₂ 저장 인프라 부족 등 에너지 수입국으로서의 문제가 청정수소 산업에서도 여전히 존재하고 있음

- 부문별 국내 청정수소 생산 여건 점검을 바탕으로 국내 청정수소 생산 기반 조성 및 확대를 위한 정책적 선결과제 해결이 시급

■ 정책적 시사점

○ (기술·산업 부문) 국내 청정수소 보호 조치를 포함한 선제적인 지원 체계의 조속한 설계

- (필요성) 해외 청정수소와의 가격 경쟁력에서 국내 청정수소 산업 보호

- (개정 방안) 청정수소인증제와 연계해 국내 청정수소의 산업기여도에 따라 차등 지원 체계 도입

- (기대효과) 국내 청정수소 산업 경쟁력 강화와 초기 시장에서의 자급률 제고

○ (경제적 타당성 부문) 원료조달 안정성 확보를 위한 기존 법률 개정 필요

- (필요성) 청정수소 사업자의 천연가스 조달 리스크를 경감하기 위한 제도적 개선 필요

- (개정 방안) 한국가스공사의 「천연가스 공급규정」을 개정하여 청정수소 제조용 천연가스에 개별요금제를 도입

- (기대효과) 청정수소 생산 사업자의 천연가스 조달 방식 다변화 및 LNG 관련 공동시설 이용료 절감

○ (법·제도 부문) 수전해용 전력 공급 규정 마련을 통해 규제 공백 해소

- (필요성) 수전해 기반 청정수소 생산에 필요한 전력 공급 방식에 대한 법적 근거 부족

- (개정 방안) ① 「전기사업법」 및 「전력시장운영규칙」에 수전해기 전력 공급을 위한 특례 조항을 신설, ② 계통 안정화 기여 인정 제도 도입으로 잉여전력 활용 방안 모색, ③ 수전해용 전력수요의 「전력수급기본계획」 반영

- (기대효과) 재생에너지 및 원전 전력을 활용한 수전해 수소에 대한 체계적 계획 수립 가능

요약 ⅸ

제1장 서론 1

1. 연구 배경 및 필요성 1

1.1. 청정수소 생산의 중요성 2

1.2. 국내 청정수소 생산 기반 확대 필요성 4

1.3. 연구목적 8

2. 연구 내용 9

2.1. 연차별 연구 내용 및 계획 9

2.2. 선행연구와의 차이점 및 공헌점 10

2.3. 보고서 구성 13

제2장 청정수소의 정의 15

1. 청정수소의 규범적 정의(Normative Definition) 15

1.1. 수소를 일컫는 다양한 명칭 15

1.2. 국가별 청정수소에 대한 법적 정의 19

2. 청정수소의 조작적 정의(Operational Definition) 29

2.1. 청정수소인증제 30

2.2. 기술 및 에너지 요건 38

3. 국내외 사례 분석 41

3.1. 주요국 수소 인증제 수립 동향 41

3.2. 한국 청정수소인증제 50

4. 소결 56

제3장 국내 청정수소 생산 여건 점검: 기술·산업 부문 59

1. 청정수소 생산 기술의 유형 59

1.1. 열화학적 전환을 통한 청정수소 생산 60

1.2. 전기화학적 전환을 통한 청정수소 생산 69

2. 청정수소 생산 기술·산업 동향 75

2.1. 국내외 청정수소 생산 기술 동향 75

2.2. 청정수소 생산 산업 동향 83

3. 국내 청정수소 생산경로 전망 88

3.1. 국내 청정수소 생산 사업 개발 동향 89

3.2. 국내 표준 청정수소 생산경로 정의 93

4. 소결 100

제4장 국내 청정수소 생산 여건 점검: 경제성 부문 103

1. 청정수소 생산 경제성 분석 개요 104

1.1. 경제성 분석 범위 104

1.2. 분석 모형 105

1.3. 기본 가정 108

2. 화석연료 개질 기반 청정수소 생산의 경제성 분석 117

2.1. 분석 대상 117

2.2. 온실가스 배출량 분석 121

2.3. 균등화 수소생산단가 추정 125

2.4. 민감도분석 128

3. 수전해 기술 기반 청정수소 생산의 경제성 분석 133

3.1. 분석 대상 134

3.2. 온실가스 배출량 분석 139

3.3. 균등화 수소생산단가 추정 143

3.4. 민감도분석 148

4. 소결 155

제5장 국내 청정수소 생산 여건 점검: 정책·제도 부문 159

1. 청정수소 생산 지원 정책여건 검토 159

1.1. 주요국 청정수소 생산 지원 정책 160

1.2. 국내 청정수소 생산 지원 정책 현황 및 평가 169

2. 청정수소 생산 관련 법·제도 검토 사항 176

2.1. 천연가스 개질 기반 청정수소 관련 쟁점 176

2.2. 수전해 수소 관련 쟁점 179

3. 소결 181

제6장 결론 183

1. 주요 연구내용 요약 183

2. 정책적 시사점 187

2.1. 청정수소 생산 기술 및 산업 부문: 국내 생산 청정수소 보호 조치 188

2.2. 경제적 타당성 및 지속가능성 부문: 생산 비용 관련 리스크 경감 189

2.3. 정책 및 법·제도 부문: 수전해용 전력 공급에 대한 규정 마련 190

3. 연구의 한계 및 향후 계획 191

참고문헌 193

부록 203

1. 천연가스 상류부문(Upstream) 간접배출량 203

2. 그리드 전력 상류부문(Upstream) 간접배출량 204