H₂, 전자산업 바람 타고 ‘쾌속항진’

▲ ▲2012년 2월 H₂ 업체별 원료 수급처 현황 (단위 : Nm³/h) . ▲2012년 2월 H₂ 업체별 원료 수급처 현황 (단위 : Nm³/h)

■국내 H₂생산량 ‘18만㎥/h’ 돌파
국내 수소시장은 대규모 수요처 공급을 위한 파이프라인 방식과 중·소규모 수요처를 대상으로 한 카트리지 공급 방식으로 체계가 나눠져 있다.

수요처 규모가 큰 파이프라인 시스템이 전체 시장 공급량의 90%가량을 차지하고 있으며 카트리지 방식에 의한 공급물량은 10% 수준에 불과하다.

그러나 파이프라인 방식은 해당 수요처의 생산계획과 시기별 특성에 따라 생산 및 공급량의 증감이 상당한 격차를 보일 수 밖에 없어 별도의 정확한 통계를 내기가 무척 어렵고 이렇게 얻어진 통계도 큰 의미가 없다는 것이 업계의 의견이다.

여기에 원료부족이라는 근본적인 한계를 안고 있는 수소업계의 실정을 감안하면 특별한 경우를 제외하면 1, 2년 사이 의미있는 생산능력의 변화가 있다고 보기는 힘들다.

이 때문에 본지는 비교적 진폭이 적은 카트리지 공급용 플랜트의 생산능력 통계와 과거 추계를 바탕으로 대략적으로 추산된 전체 생산량 통계를 비교해 봄으로써 수소시장 전체의 양상을 읽어보는 방법을 택했다.

업계 관계자들에 따르면 현재 국내 시장의 카트리지 공급용 수소 총 생산능력은 1만9,100㎥/h다. 카트리지 방식의 비중을 10%로 가정해 단순 계산하면 파이프라인을 포함한 전체 수소 생산능력은 약 19만1,000㎥/h라는 얘기가 된다.

한편 최근 업계가 내놓은 원료 수급처별 생산능력 추정치에 다른 총 생산능력은 약 18만2,100㎥/h, 두 수치 모두 추정치라는 점을 감안하면 실제 최대 생산능력은 두 값의 평균치인 18만6,500㎥/h 내외로 상정할 수 있다.

그러나 원료공급처의 생산능력 수치가 갖는 무게를 고려해 보수적으로 18만2,100㎥/h로 생각하는 것이 적절하다.

제조사별로 살펴보면 지난 통계에서 추정 생산능력 5만7,500㎥/h로 1위에 오른 (주)덕양이 6만7,000㎥/h로 1위를 수성했다.

SPG케미칼이 5만㎥/h로 2위, 4만5,000㎥/h에서 몇 년째 제자리를 지키고 있는 에어리퀴드가 3위를 차지했으며 린데는 1만2,100㎥/h로 4위, SDG가 6,000㎥/h로 5위를 차지해 회사별로 증설이 있었지만 전체순위는 지난 통계와 동일했다.

다만 대성산업가스가 2,000㎥/h로 6위에 오르며 새롭게 통계에 올랐다.

각 제조사의 공장별로 압축기 1대씩을 백업용으로 계산한 카트리지 가용생산량은 1만4,400㎥/h로 추산됐다.

이를 국내 5개 수소 제조사별로 살펴보면, 최근 정보에서 카트리지용 수소 최대 생산능력은 (주)덕양이 총 8,000㎥/h로 최대 캐파를 갖추고 있으며 그 뒤로 SPG(6,200㎥/h), SDG(2,500㎥/h), 린데(1,600㎥/h), 에어리퀴드(800㎥/h) 순이다.

백업용량을 감안한 가용생산능력은 덕양의 6,800㎥/h를 필두로 SPG(4,200㎥/h), SDG(2,000㎥/h), 린데(1,000㎥/h), 에어리퀴드(400㎥/h) 순으로 추정되고 있다.

■경기도·전자산업군 수요 성장 ‘괄목’
2010년 7월 기준 전체 생산능력 추정치 16만2,000㎥/h 대비 약 12% 확대된 수치로 이는 2009년 대비 2010년 캐파 증가율과 같다.

전체 시장이 10% 이상의 성장세를 꾸준히 이어가고 있다는 점에 주목할 만하다.

또한 카트리지 생산량에 근거한 전체 생산량 추정치(19만1,000㎥/h)와 원료공급처 캐파에 기반한 추정치(18만2,100㎥/h)의 차이(8,900㎥/h)가 지난 통계(16만7,000-16만2,000=5,000㎥/h)보다 커졌다는 점도 눈에 띈다.

이는 시장 전체에서 카트리지 방식의 공급물량의 비중이 그만큼 늘었다는 것의 의미하며 실제로 카트리지 물량의 증가율은 14%대로 전체(12%)를 앞지른 것으로 나타났다.

한편, 대부분의 수소 제조사가 대규모 중화학 산업지역에 밀집해 있는 국내 수소업계는 인근 지역의 대형 수요처에 파이프라인 방식을 채택하고 거리가 먼 지역, 즉 전자산업이 밀집한 수도권, 충청권 등에는 카트리지 방식으로 수소를 공급하고 있다.

종합하면 최근 이어지고 있는 수소 시장의 성장에는 카트리지로 공급받는 경북 이북지역의 전자산업군의 수요 확대가 크게 기여했다는 말이 된다.

비록 최근 불황의 여파로 잠시 주춤하고 있는 국내 전자산업이지만 장기추세에서는 여전히 수소업계의 신성장 시장으로 기능하고 있는 것이다.

이 같은 해석은 해안지역 석유화학사 인근에서 벗어나 수도권 소재 반도체 회사 인근에 플랜트 증설이 이어지고 있는 점에서 더욱 힘을 받는다.

대성산업가스는 LED 제조사인 LG이노텍의 수요에 대응하는 2,000㎥/h급 플랜트를 경기도 파주에 갖추고 있으며 린데코리아는 경기도 용인에 삼성전자 공급용으로 1,600㎥/h급 설비를 두고 있다.

SPG케미칼 역시 오는 9월 경기도 안산에 위치한 서울반도체 인근에 4,000㎥/h급 설비를 가동한다는 계획이다.

전자분야 수요 규모가 확대되면서 카트리지에서 파이프라인으로 공급방식이 전환되고 있는 것이다.

올해부터 공공기관의 의무적 채용이 시작되는 LED조명을 비롯해 SK의 하이닉스 인수, 삼성의 신규투자 확대로 기대감이 높아지고 있는 반도체 산업이 일정 수준의 성장을 유지해 준다면 이 같은 추세는 앞으로 더욱 가속화될 전망이다.

그러나 이 같은 통계는 조만간 큰 폭의 변화를 맞을 예정이다.

우선 SPG케미칼 안산 플랜트가 있지만 1위 덕양의 움직임은 시장 판도를 재편할 만한 규모라는 점에서 특히 주목된다.

덕양은 지난해 5만㎥/h급 신규 플랜트 건설게획을 발표했다.

내달 착공, 내년 3분기 완공을 목표로 하고 있는 이 공장은 울산 SKC 인근 3,300㎡(1만평) 규모 부지에 마련되며 수소외에도 하루 300톤 규모의 탄산(CO₂)와 상당량의 일산화탄소(CO)를 생산할 수 있는 것으로 전해졌다.

이 공장이 가동되면 덕양은 단일 회사로서 총 11만7,000㎥/h의 캐파를 보유하게 된다.

다른 회사의 증설이 없다면 내년 연말 국내 수소 생산량은 23만㎥/h 넘어서게 되고 회사의 생산량 비중도 기존의 30%대에서 50%로 급상승해 국내 수소시장에서 독보적인 위치를 점유하게 된다.

■대규모 신규 증설… 공급부족 ‘숨통’ 트일까
최근 몇 년간 수요증가가 지속되면서 간헐적으로 나타난 공급부족과 원료가 인상, 전기료 인상 등 가격인상 요인이 누적되면서 가격이 고공행진을 이어왔다.

전자산업군의 수요확대와 원료를 공급하는 국내 석화사의 정유공정상 수소 사용 확대 및 대체연료 사용 등으로 인한 공급 감소라는 장기 요인이 가격을 밀어올리는 강력한 요인으로 작용해 왔다.

여기에 일본 대지진으로 인한 현지 공업생산량 공백으로 국내 기업의 생산량 증가, 국내 석유화학사들의 정기보수까지 겹치면서 최근들어 해마다 30%에 육박하는 가격상승폭을 보여온 것이다.

단기요인이 사라지고 각 제조사들이 증설을 추진하면서 상황은 어느 정도 호전됐지만 여전히 여유롭다고 말하기 힘들다.

최근 업계에 따르면 국내 수소 5사의 판매현황은 카트리지 기준으로 덕양 6,200㎥/h, SPG 4,000㎥/h, SDG 1,000㎥/h, 린데 1,000㎥/h, 에어리퀴드 400㎥/h로 알려져 있다.

이는 여전히 가용생산캐파 총 1만4,400㎥/h 90%에 육박하는 양이다.

내년 3분기 이후 덕양의 신규물량 5만㎥/h가 시장에 풀리기 전까지는 이 같은 추세가 이어질 것으로 업계는 보고 있다.

일단 덕양 등 제조사의 신규 설비가 가동되면 국내 수소 공급량에 어느 정도 여유는 줄 수 있을 것으로 기대된다.

수요산업 중심, LED·반도체·광통신 등 전자산업으로

시장 규모 年 12% 성장…내년 총 생산량 23만㎥/ h 시대

▲ ▲2012년 2월 기준 월간 국내 H₂ 업체 생산 및 판매 현황 . ▲2012년 2월 기준 월간 국내 H₂ 업체 생산 및 판매 현황

■전자산업 등 수요확대 전망…공급확대 흡수?
그러나 워낙 장기간에 걸쳐 수소 공급이 쪼들려왔고 LED, 반도체 등 전자산업군 중심의 수요확대 요인이 워낙 단단한 장기 성장 추세 위에 있기 때문에 그 여유가 어느 규모로 어느 정도 기간으로 주어질 것인지는 속단하기 어렵다.

더구나 앞서 말했듯이 전자산업군의 대규모 신규 수요 증가에 대한 기대가 높아지고 있어 이 부분에 대응하는 수준에서 신규 공급량이 흡수돼 버릴 가능성도 크다.

업계 관계자는 “대규모 신규 물량이 투입될 경우 단기적으로 물량에 여유가 생기겠지만 타게팅하고 있는 신규 수요 확대를 감안하면 그 기간은 길지 않을 것”이라고 말했다.

국내 수소가격은 전방산업 업황과 시즌에 따라 다소간의 변동을 보이겠지만 대략 현재 선에서 하향으로는 큰 진폭을 보이기는 힘들 것으로 보는 게 업계 전문가들의 일관된 시각이다.

이는 앞서 살펴봤듯이 산업용 수소의 대량 수요처인 반도체, 태양전지, LED 산업 등의 성장세가 당분간 이어질 것으로 전망되기 때문이다.

물론 최근 LCD 패널을 중심으로 전자업종이 상당기간 침체를 보이면서 수소를 비롯한 각종 공정용 가스소재의 수요가 당초 예상을 밑돌고 있다.

그러나 이들 산업군의 성장속도 둔화에 불구하고 장기적으로는 꾸준한 성장세를 이어가고 있으며 이는 돌발변수가 없는 한 상당기간 지속될 것으로 전문가들은 보고 있다.

특히 지난해부터 태블릿 PC, 스마트폰, 3D TV 등 신규 아이템들이 소비재 시장에서 본격적인 강세를 보고 있고 SK의 하이닉스 인수와 삼성전자의 신규 투자발표 등을 감안하면 전자 산업군의 수소 수요가 올해 다시 급신장할 가능성도 적지 않다.

올해부터 공공부분의 LED 조명이 전면 채용되는 상황에서 LED 생산공정에 다량으로 소비되는 초고순도 수소가스 수요의 증가 역시 이 같은 전망에 무게를 실어준다.

■수요↑·원료↓·비용↑ ‘3중고’ 여전
수소가격의 강세를 점치게 하는 근본적인 요인 중 또하나는 항상 거론되는 원료가스의 제한적 공급이다.
앞서 말했듯이 수소 공급 확대가 쉽지 않은 근본적인 이유는 국내 수소시장이 그 원료를 정유 및 화학공정의 부산물인 저순도 수소 원료가스(raw gas)에 의존하고 있기 때문이다.

국내 석유화학사들이 대체 연료로서 수소의 활용을 늘리며 원료가스 산출량 자체가 하향 추세를 보이고 있는 가운데 이들 석화가 수소를 ‘부산물’이 아닌 ‘제품’으로 인식하는 경향이 짙어지면서 원료가스 가격 자체가 상승세를 이어가고 있다.

당장 내년까지 상당규모 증설이 계획된 수소시장이지만 원료가스의 감산과 가격상승 추세라는 기본적인 상황에는 변화가 없다.

바로 이부분에 대한 해결이 국내 수소시장의 숙제로 상당기간 남을 전망이다.

여기에 신수요 산업인 전자산업군이 아직까지 온사이트가 아닌 튜브트레일러 운반에 더 크게 의존하고 있다는 점도 문제다.

이들 지역의 거리를 감안하면 최근 유가 및 원자재 상승으로 운송장비 및 유류비 등 부수적인 비용까지 부담으로 다가오는 것이다.

국내 모 수소제조사 관계자는 “석유화학사 등 수소 소스원에서도 이같은 수소 수급상황을 인식하고 있다”며 “그간 부산물로 처리하던 형태에서 벗어나 제품으로 취급하며 원가부담을 상쇄할 수준으로 수소가격의 ‘현실화’를 지속적으로 추진하고 있다”고 말했다.

■ 수소 수급 불안 근본적 대처 필요
수소는 첨단 산업의 기초소재로서의 가치가 점점 더 확대되는 한편 미래 청정에너지원, 유력한 에너지 매체의 하나로 떠오르고 있다.

게다가 머지 않은 미래에 석유자원 고갈과 함께 지금과 같은 나프타 분해나 천연가스 개질에 소스를 의존할 수 없계 될 것이 자명하다.

소재로서의 수요는 이미 폭증하고 있으며 장차 에너지 분야에서의 수요 증가가 기대되는 수소를 기존 방식으로는 생산할 수 없게 된다는 부분은 수소업계는 물론 전 산업계와 과학계, 나아가 국가적인 차원에서 고민해야 할 심각한 문제다.

가깝게는 효율적인 수소 생산 및 공급 프로세스에 대한 업계의 치열한 노력과 함께 보다 안정적인 수소원료 공급망, 수요자와 공급자 모두 상생할 수 있는 합리적인 시장의 형성과 유지가 필수적이다.

멀게는 새로운 수소 소스원의 개발과 생산방식의 연구, 또는 대체 소재의 개발과 활용법의 연구 등이 보다 장기적인 차원에서 강력하게 추진돼야 한다는 데 업계 전문가들은 입을 모으고 있다.

■ 천연가스 개질·나프타 분해로 생산
수소는 공업적으로는 보통 천연가스를 비롯한 탄화수소의 열분해에 의해 제조된다.

그 밖에 수성가스·코크스로(爐)가스 등에서 분리시키거나, 물의 전기분해, 석유분해, 심랭분리법 등의 방법으로 제조되기도 한다.

국내 수소가스 원료는 석유화학사의 정제과정에서 나프타분해 방식으로 주로 얻어지며 소량이 천연가스로부터의 프로판탈수소와 소금물분해 또는 철강사의 제철공정 상의 부산물로 생산된다.

■ 수소 분석법
혼합가스 중의 수소는 보통 연소법(然燒法)으로 정량한다. 즉 이산화탄소·중탄화수소·산소·일산화탄소를 흡수시켜 제거한다. 그런 후 과량의 공기 또는 산소를 혼합해 연소시키거나(H2 +1/2O2 →HO), 또는 270∼280℃로 가열한 산화구리(II)에 의하여 연소시켜(H2+CuO →Cu+H2O) 가스량의 감소로부터 수소의 양을 구한다.

■ 에너지·소재, 두 얼굴의 수소
에너지로서 수소는 태양광, 태양열, 화석연료와 같은 1차 에너지를 변환시켜 얻을 수 있는 2차 에너지에 해당되며 에너지로서보다는 화학제품의 원소재 및 각종 화학 및 전자제품 제조공정 상의 기초소재로 널리 사용되는 경우가 많다.

수소는 암모니아·염산·메탄올 등의 합성에 대량으로 사용되며 기름을 경화제, 액체연료의 제조, 금속의 절단과 용접, 백금·석영 등의 세공 등에도 사용되며 비등점이 낮은 액상 수소의 특성을 이용해 냉각제로 사용되기도 한다.

■ 각국 수소관련 연구 현황
수소는 지난 1960년대에 이미 우주개발의 필요성에 의해 수소추진 로켓, 액체수소의 저장과 수송, 연료전지 이용기술 등이 미국 등 선진국에서 일부 실용화되면서 첨단 엔지니어링 련료로서 선진국을 중심으로 공동 개발 추진 및 수소에너지 시스템 실증 등이 진행돼 왔다.

대규모 실용화를 목표로 1980년대 중반 독일에서 시작된 수소기술 개발계획은 이후 미국과 일본까지 본격적인 계획 수립에 착수하여 미국이 1990년, 일본이 1993년을 기점으로 각각 대규모 수소기술 개발 프로그램(WE-NET)을 시작한바 있다.

아이슬란드 역시 세계 최초로 수소에너지 경제권의 창조를 목적으로 국가프로젝트를 시작하기도 했다.

수소에너지에 대한 각국의 연구개발 동향으로 볼 때 정부나 주정부 등 공공기관이 개발 자금을 부담해 적극적으로 개발을 지원하고 있고 기존 기술을 활용해 실용시스템을 구성, 문제점 해결과 시민에 대한 계몽을 주도함으로서 장래 시장 도입을 용이하게 할 수 있는 기반을 조성하고 있다. 또한 이용분야에 있어서도 환경개선 효과가 큰 수소 자동차를 개발·도입하는데 중점을 두고 있다는 점이 공통적인 특징이다.