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매킨지, 수소 에너지(hydrogen energy)란?카테고리 없음 2023. 9. 28. 09:12
수소 에너지(hydrogen energy)
수소 에너지는 화석 연료를 대체할 수 있는 친환경 에너지로, 더 깨끗한 세상을 만들 수 있는 대안입니다.
인류가 처음으로 음식을 조리할 수 있게 해준 장작불부터 산업혁명의 원동력이 된 화석 연료에 이르기까지 인류의 기술을 발전시키고 현대의 생활 방식을 가능하게 해준 것은 언제나 석유였습니다. 하지만 화석 연료의 연소는 기후 변화의 관점에서 면밀한 조사가 이루어지고 있습니다.
일부 과학자들은 수소 에너지가 더 깨끗하고 효율적인 방법으로 세상을 움직일 수 있다고 믿습니다. 수소는 자연적으로 발생하는 기체이며 우주에서 가장 풍부한 물질입니다. (수소는 연소할 때 물을 생성하기 때문에 그리스어로 '물의 전구체'라는 뜻입니다.) 청정 수소는 탄소 배출량이 매우 낮거나 전혀 없는 상태에서 생산되는 수소입니다. 이 용어는 청정 연료를 포함한 수소의 파생 제품도 의미합니다.
수소를 재생 에너지 및 바이오 연료와 같은 다른 기술과 함께 사용하면 온실가스 배출량이 가장 많은 산업을 포함하여 다양한 산업에서 탈탄소화할 수 있는 잠재력이 있습니다. 맥킨지 분석에 따르면 수소는 2050년까지 전 세계 연간 배출량 감축의 20% 이상을 기여할 수 있습니다.
Five charts on hydrogen’s role in a net-zero future
In this series of data visualizations, we explore how reaching net-zero emissions by 2050 could be achieved in part by the use of clean hydrogen technology.
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순배출 제로 달성에 대한 수소의 잠재적 기여는 기업과 정부에서도 놓칠 수 없는 부분입니다. 2023년 5월 현재 전 세계적으로 1,000개 이상의 대규모 수소 프로젝트가 발표되었으며, 직접 투자 금액은 3,200억 달러에 달합니다. 현재까지 수소 프로젝트에 1,170억 달러가 투자된 유럽에서는 탈탄소화 목표를 달성하는 데 수소가 중요한 역할을 할 것으로 예상하고 있습니다.
https://hydrogencouncil.com/wp-content/uploads/2023/05/Hydrogen-Insights-2023.pdf
Hydrogen Insights 2023.pdf6.19MB수소가 탈탄소화 산업에서 정확히 어떤 역할을 할 수 있을까요? 수소 에너지의 종류에는 어떤 것이 있으며, 광범위한 채택을 가로막는 장애물은 무엇일까요?
넷 제로
넷 제로는 대기 중으로 배출되는 온실가스 양이 제거되는 양과 동일한 이상적인 상태를 말합니다. 지구의 영구적이고 재앙적인 온난화를 막기 위해 모든 산업은 순배출 제로를 달성해야 합니다. 대기 중 탄소를 줄이는 탈탄소화는 탄소를 적게 배출하는 에너지원으로 전환하고 이미 배출된 탄소를 상쇄함으로써 달성할 수 있습니다. 많은 조직과 정부가 향후 몇 년 내에 탈탄소화 또는 탄소중립으로 전환할 것을 약속했습니다.
https://www.mckinsey.com/featured-insights/mckinsey-explainers/what-is-net-zero
What is net zero?
In this McKinsey Explainer, we explore what net zero is and why reducing carbon emissions is one of the greatest challenges facing humanity in our lifetime.
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친환경 수소
그린 수소는 물에서 추출한 수소입니다. 재생 가능 에너지로 생산된 전기를 사용하여 물 속의 산소 분자로부터 수소 분자를 분리하는 전기분해라는 공정을 통해 만들어집니다. 여기서 사용되는 전기는 재생 가능한 에너지원에서 나오기 때문에 온실가스 배출이 없습니다.
그린 수소는 비교적 최근에 개발된 기술입니다. 전통적으로 전 세계에서 수확되는 대부분의 수소는 석탄이나 천연가스 같은 화석 연료에서 추출됩니다. 증기 개질(천연가스를 니켈과 같은 촉매가 있는 상태에서 증기로 처리하는 방식)과 같은 전통적인 수확 방식은 향후 포집 또는 상쇄해야 할 온실가스를 생성합니다. 증기 개질은 회색 수소로 알려진 것을 생산합니다. (회색 수소에서 생성된 탄소를 포집하여 저장하면 그 결과를 청색 수소라고 부릅니다.)
그린 수소 생산 비용은 2030년까지 약 50% 감소할 것으로 예상됩니다. 2050년에는 탄소 비용을 포함한 회색 수소가 청색 또는 녹색 수소보다 훨씬 더 비쌀 것으로 예상됩니다.
The clean hydrogen opportunity for hydrocarbon-rich countries
Hydrogen could play a role in helping hard-to-abate sectors meet climate targets.
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수소와 고배출 부문의 기후 목표 달성
중공업 및 장거리 운송과 같이 화석 연료에 크게 의존하는 산업은 수소 에너지의 가장 큰 혜택을 누릴 수 있습니다. 전 세계 연간 배출량의 8%를 차지하는 철강 산업은 특별한 기회를 제공합니다. 맥킨지는 유럽 철강 산업의 플레이어들이 공장을 친환경 수소로 전환하여 탈탄소화할 수 있는 방법을 연구했습니다(충분한 양과 경쟁력 있는 비용으로 수소를 사용할 수 있게 될 때). 2030년까지 수소 기반 제철소는 수소를 통해 피할 수 있는 배출량의 거의 20%를 차지할 수 있을 것으로 예상됩니다.
장거리 운송도 앞으로 몇 년 동안 큰 변화에 직면해 있습니다. 전 세계 규제 당국은 배출 기준을 강화하고 있습니다. 유럽에서는 2030년부터 제조업체가 신규 고속도로 트럭의 CO2 배출량을 2019년 수준보다 30% 감축하도록 요구할 예정입니다. 미국도 비슷한 상황으로, 2027년까지 전국적인 배출량 감축 목표는 2010년 수준보다 50% 가까이 낮습니다. 미국의 15개 주에서는 2030년까지 판매되는 트럭의 30%가 무공해 트럭이어야 한다는 추가 의무를 시행하고 있습니다.
수소 연소 엔진은 장거리 운송 업계가 이러한 규제 문제를 해결하는 데 잠재적으로 도움이 될 수 있습니다. 수소 연소 엔진은 배터리와 연료 전지 기술로 작동하는 엔진과 달리 내연 기관에서 비교적 쉽게 전환할 수 있는 대안이 될 수 있지만, 아직 널리 보급되려면 먼 길이 남았습니다. 또한 현재의 노하우와 일자리를 활용하고 자동차 산업의 기존 공급망과 생산 능력을 활용할 수 있습니다.
Five charts on hydrogen’s role in a net-zero future
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수소 에너지의 도입을 막는 과제
수소 가치 사슬은 복잡하고 자본 집약적입니다. 또한 업계의 많은 부문이 아직 같은 속도로 발전하지 못하고 있으며, 빠르게 발전하는 기술 및 규제는 매우 빠르게 변화하고 있어 최신 정보를 파악하는 것이 어려울 수 있습니다.
The clean hydrogen opportunity for hydrocarbon-rich countries
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또한 수소 에너지는 배기가스를 배출하지만 그 양이 매우 다양하고 다른 에너지 생산 방식에 비해 제어하기 쉽습니다. 예를 들어 재생에너지가 풍부한 지역에서 100% 태양광과 풍력으로 친환경 수소를 생산하여 모든 충전소에 공급할 수 있습니다.
How hydrogen combustion engines can contribute to zero emissions
Hydrogen combustion engines can leverage existing technologies and provide a zero-emissions option for specific use cases while supporting the growth of hydrogen infrastructure.
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하지만 수소가 탈탄소화에 의미 있게 기여하지 못하게 하는 가장 큰 걸림돌은 투자 비용입니다. 탄소중립을 달성하기 위해서는 2030년까지 수소에 대한 4600억 달러의 추가 직접 투자가 필요합니다. 이 투자 격차는 3 가지 범주로 나뉩니다.
- 생산. 청정 수소 생산을 위해서는 2030년까지 약 1,500억 달러의 투자가 더 필요합니다.
- 전송, 유통, 저장. 이 분야에 대한 투자는 비용 경쟁력 있는 수소 공급을 가능하게 하는 데 매우 중요합니다. 여기에는 차량용 연료 공급 인프라 개발이나 산업 플랜트에 공급하기 위한 파이프라인 건설이 포함될 수 있습니다. 현재 이 분야의 투자 격차는 1,650억 달러 이상입니다.
- 최종 사용 애플리케이션. 철강 생산 및 운송을 포함한 수소의 다양한 최종 사용 분야에서 예상되는 수요를 충족하려면 1,450억 달러의 추가 투자가 필요합니다.
수소가 에너지 전환에 기여하기 위해서는 향후 10년간 규모를 확대하는 것이 중요합니다.
수소 에너지 시장이 확장의 선결과제
수소 에너지의 방대한 잠재력을 실현하기 위해 탄화수소가 풍부한 국가는 다음 4가지 분야를 해결해야 합니다:
- 경쟁력 있는 공급 확대:
수소 에너지의 잠재력을 실현하기 위해 탄화수소 부국들은 청색 수소와 녹색 수소를 모두 확대해야 합니다. 단기적으로는 청색 수소가 핵심적인 역할을 할 것이며, 중장기적으로는 그린 수소가 점점 더 경제성을 갖추게 되면서 시장 점유율이 높아질 것입니다. - 지역 수요 촉진:
건전한 수소 생태계를 조성하기 위해서는 주요 수출국 외에도 현지 수소 시장이 있어야 합니다. 탈탄소화 및 청정 대기에 관한 규제는 수요를 촉진하는 데 도움이 될 수 있습니다. - 운송 기술 개발:
수소는 운송이 어렵습니다. 수소는 액체 형태이거나 암모니아로 변환되어야 합니다. 수소를 액화하려면 모든 원소의 끓는점 중 가장 낮은 섭씨 영하 252도까지 냉각해야 하는 등 기술적으로도 까다롭습니다. - 가치 사슬, 고객, 국가 간 협력 촉진:
초기 청정 수소 가치 사슬이 지속적으로 발전하기 위해서는 모든 단계의 플레이어가 협력해야 합니다. 여기에는 고객과 생산자 간의 장기 오프테이크 계약 또는 정부 간 파트너십이 포함될 수 있습니다.
글로벌 채택을 가속화하기 수소 분야 주체들의 역할
수소가 풍부한 국가의 모든 이해관계자는 중요한 역할을 수행해야 합니다.
정부는 국내 및 국제적으로 수소 경제의 초기 개발에 주도적인 역할을 할 수 있습니다. 이를 위해서는 국가 수소 생산 목표 설정, 다양한 부문의 탈탄소화를 위한 규제 시행으로 현지 수소 수요 촉진, 현지 수소 수출 수요 확보를 위한 정부 간 파트너십 구축, 가치 사슬 전반에서 수소 생산의 현지화에 대한 관점 개발, 규제 지원을 통한 수소 배치 지원 등 수소 로드맵을 개발해야 합니다.
The clean hydrogen opportunity for hydrocarbon-rich countries
Hydrogen could play a role in helping hard-to-abate sectors meet climate targets.
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유틸리티 회사, 화학 회사, 에너지 집약적 산업, 해운 회사 등 수소 가치 사슬의 이해관계자들은 수소 전략을 개발하여 기회를 활용할 수 있습니다. 이해관계자들은 인재 개발, 파트너십, 공급 시장 확대, 장기 수요 파트너십 또는 오프테이크 계약과 같은 분야에 집중해야 합니다.
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