수소 산업
수소는 지구 상에서 가장 풍부한 원소 중 하나이며, 천연 자원에서 생산될 수 있습니다. 수소에너지는 물을 전기분해하여 수소를 생산하고, 이 수소를 연료로 사용하여 전력과 열을 생성하는 에너지 시스템을 의미하는데요. 수소에너지는 화석연료와 달리 온실가스를 배출하지 않고, 연소 시에 공기 중 산소와 결합하여 물로 되돌아가기 때문에 굉장히 환경친화적입니다. 또한 다양한 분야에서 활용될 수 있기 때문에 지속 가능한 에너지 전환을 위한 차세대 에너지원으로 주목 받고 있으며, 현재도 여러 산업 분야 내에서 중요한 역할을 수행하고 있습니다.
수소 관련 산업은 크게 1) 수소 생산, 2) 수소 저장, 3) 수소 운송, 4) 수소 활용 분야로 나뉘는데요. 이 중 1) 수소의 생산은 물 전기분해, 천연가스 개질, 재생에너지 전기 분해 등 다양한 방법으로 이루어지고 있습니다. 2) 이렇게 생산된 수소는 고압 압축, 액화, 흡착 등 다양한 방식으로 저장되고 있고요. 3) 이렇게 저장된 수소는 파이프라인, 트럭, 해운 등을 이용해 운송 및 유통됩니다. 4) 이렇게 운송된 수소는 연료전지 자동차, 연료전지 발전소, 수소 연료 저장 장치 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
수소를 활용하는 주요 산업 중 하나는 바로 수소 연료전지를 이용한 전기 생산으로, 수소 연료전지는 수소와 산소를 반응시켜 전기와 열을 생성하는 과정을 활용하여 전기 에너지를 생산합니다. 아주 깨끗하고 친환경적인 전기 생산 방법으로 잘 알려져 있죠? 이렇게 생산된 전기는 다양한 제품에 활용되는데요. 아무래도 그 중에서 우리에게 가장 친숙한 제품은 자동차, 버스, 트럭 등의 교통 수단에 적용되는 수소 연료전지차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)가 아닐까 싶습니다. 수소차의 비중이 조금씩 증가하고 있는 추세를 반영하여, 최근 출제되는 운전면허 필기 시험 문제에는 '36인승 이상의 수소 승합차를 운전하려는 자가 이수해야 하는 한국가스안전공사의 특별교육'에 관련된 문제들이 있더라고요.
수소 연료전지를 이용해 생산된 전기는 전력 그리드 균형 조절에도 활용됩니다. 에너지의 생산량과 수요가 일치하지 않는 상황에서 수소를 저장하여 필요한 시점에 사용함으로써 에너지 공급 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 일종의 보조 발전소인 것인데요. 이는 태양광을 이용한 보조 발전소보다 훨씬 안정적이기 때문에, 재생에너지원의 변동성을 극복하고 전력 그리드의 부하를 조절하는데에도 유용합니다. 전기 에너지를 수소의 형태로 저장해둘 수 있다는 것이 장점이지만 그만큼 시설의 안전성이 중요하겠죠? 수소 연료전지는 향후 가장 주목 받는 산업 중 하나이기 때문에, 유망한 기업들은 일찍이 수소 생산, 수소 연료전지 기술과 수소 저장 및 충전 인프라 등의 기술에 투자하고 있으며, 전세계적으로도 수소에너지 산업의 발전을 위한 정책 및 학술적 연구가 활발하게 진행되고 있습니다.
이외에도 우리에게는 그닥 친숙하지 않지만 수소 경제에서 아주 중요한 부분을 차지하고 있는 수소 활용 산업이 있습니다. 바로 화학 산업인데요. 화학 산업에서는 수소를 이용하여 암모니아, 메탄올 등 인류에게 유용한 화학물질들을 생산할 수 있습니다. 비화석 연료 및 화학 원료 생산에 있어서는, 사실상 수소 경제의 핵심 요소로 간주되는 영역이죠.
수소에너지 관련 산업은 아직 초기 단계이지만, 전세계적으로 빠르게 성장하고 있습니다. 그 근거로, 국제에너지기구(IEA)는 2050년까지 수소에너지가 전세계 에너지 수요의 18%를 차지할 것으로 전망하고 있는데요. 이차전지, 소형원전, 풍력, 수력, 소수력, 태양광, 태양열, 바이오매스, 지열 등 다양한 대체 에너지원이 존재한다는 사실을 감안하면, 주목할만한 수치입니다.
현재 시점에서의 수소에너지의 장점과 단점은 다음과 같습니다.
수소에너지의 장점
1. 깨끗하고 환경친화적이다.
- 수소 연소 시, 주요 생성물은 물(H2O) 밖에 없으며, 온실가스가 배출되지 않습니다. 이는 대기오염과 기후변화 문제에 대한 주요 해결책으로 간주되고 있습니다.
2. 다양한 용도와 높은 효율성을 가지고 있다.
- 수소는 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있습니다. 수소 연료전지를 통한 전기생산은 높은 효율성과 에너지 회수가 가능하고, 이를 통해 교통수단 및 전력 그리드 등에 대한 지속가능한 에너지 솔루션을 제공할 수 있습니다.
3. 에너지 저장 및 전력 그리드 균형 조절이 가능하다.
- 석유 기반 에너지의 특장점이 바로 에너지의 저장이 가능하다는 것이죠. 이차전지가 주목 받는 이유 중 하나도 바로 저장이 불가능한 재생에너지의 한계를 극복할 수 있다는 것입니다. 수소에너지 역시 에너지 생산과 수요가 불일치할 때 수소를 저장하여 필요한 시점에 사용함으로써 에너지 공급의 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
수소에너지의 단점
1. 수소 생산 / 유통의 비용과 복잡성이 상당하다.
- 수소를 생산하고 유통시키는 과정은 비용이 많이 들며, 현재까지는 여전히 비용적인 문제와 인프라 구축의 어려움이 있습니다.
2. 에너지 효율과 저장 밀도의 문제를 해결해야 한다.
- 수소 생산 및 저장 과정에서 일부 에너지 손실이 발생하며, 수소의 저장 밀도가 낮아 공간을 많이 차지하는 단점이 있습니다.
3. 원재료와 충전 인프라에 한계가 있다.
- 수소 생산에는 천연 자원이 필요하며, 현재는 대부분 천연가스를 사용하여 생산됩니다. 또한 수소 충전 인프라의 부족으로 인해 수소 자동차의 보급이 제한될 수 있습니다. 수소 충전 인프라의 부족은 수소에너지의 안전 문제와도 연관되어 있습니다.
4. 안전 문제를 해결해야 한다.
- 수소는 높은 폭발성을 가지고 있기 때문에 안전 문제가 주의해야 할 사안입니다. 수소 시스템의 설계와 운영에 대한 안전성 확보가 필요합니다.
이렇게 수소에너지는 많은 잠재력을 가지고 있지만, 현재는 기술적, 경제적, 인프라적인 도전과 해결되어야 할 과제들이 있는데요. 이러한 문제들을 극복하고 지속 가능한 수소 경제를 구축하기 위해 전세계적인 연구와 투자가 진행되고 있습니다.
이제 미국 증시에 상장되어 있는 수소산업 관련 기업들을 하나씩 살펴보도록 하겠습니다.
미국 증권 시장에 상장되어 있는 수소산업 관련 기업들 - 1편
1. 발라드 파워 시스템즈 (Ballard Power Systems)
발라드 파워 시스템즈는 1979년에 설립된 기업으로 연료전지 개발 및 제조를 전문으로 하는 캐나다 기업입니다. 발라드 파워 시스템즈의 연료전지는 버스, 트럭, 지게차, 선박, 기차, 발전소 등 굉장히 다양한 교통수단 및 산업용 장비에 활용되고 있는데요. 현재 나스닥 시장에 상장되어 있는 발라드 파워 시스템스(BLDP)는 고효율과 상대적으로 높은 내구성을 가진 PEM 연료전지(: 양성자 교환막 연료전지)를 제조합니다. 에너지를 더 효율적으로 생산하고, 장기간에 걸쳐 안정적인 작동을 보장하기 때문에 시장에서 우위를 점할 수 있는 특징인데요. 상세 분야로는 휴대용 전력, 재료 처리, 백업 전력 제품 시장 그리고 기술 솔루션 제공에 중점을 두고 있고, 판매는 미국, 유럽 그리고 중국에 집중되어 있습니다.
| 기업 | 현 CEO | 연간 매출 (2022) | 연간 순수익 (2022) | 매출에서 수소 활용이 차지하는 비중 |
| Ballard Power Systems | Randy MacEwen | C$306.6 million | C$62.1 million | 57.30% |
2. 플러그 파워 (Plug Power)
플러그 파워는 1997년에 설립된 미국 기업으로, 연료전지 및 수소 에너지 솔루션을 제조하고 공급하는 기업입니다. 플러그 파워는 지게차, 전기차 및 정지형 전력 시스템 등에 사용되는 연료전지를 전문적으로 생산하고 있고, 현재 연료전지 산업에서 가장 빠르게 성장하는 기업 중 하나입니다. 현재 나스닥 시장에 상장되어 있는 플러그 파워(PLUG)는 수소의 생산, 저장 및 유통, 그리고 에너지 생산에 이르기까지 엔드 투 엔드(end to end) 그린수소 생태계를 구축하는 것을 목표하고 있습니다. 이를 위해 수소 연료전지를 통해 전기를 생산하는 고성능 시스템 외에 수소 인프라 구축에도 주력하고 있는데요. 수소 충전소 및 수소 저장 시스템 등을 개발해서 수소 에너지의 보급과 사용을 촉진하여 시장의 진입장벽을 낮추고 접근성을 높이고자 하는 겁니다. 일례로, 북미와 유럽 전역에 친환경 수소 고속도로를 건설해 운영할 계획이라고 하는데요. 아직 수소 관련 인프라가 굉장히 미비하다는 점을 고려하면, 독자적으로 수소경제 밸류 체인을 구축하고자 하는 시도가 투자자들에게 미래성장성의 측면에서 더 유리하게 평가되는 면도 있겠습니다. 하지만 이는 말 그대로 '미래'의 목표이기 때문에, 현재의 기술과 인프라 수준에서 어느 정도 수익을 내고 있는지도 살펴봐야 할 필요가 있습니다.
| 기업 | 현 CEO | 연간 매출 (2022) | 연간 순수익 (2022) | 매출에서 수소 활용이 차지하는 비중 |
| Plug Power | Andy Marsh | $1.2 billion | $196 million | 87.70% |
3. 블룸 에너지 (Bloom Energy)
오늘 소개해드린 기업 중 한국에서 가장 잘 알려진 기업이 아닐까 싶습니다., 블룸 에너지는 2000년에 설립된 미국 기업으로, 고성능 연료전지와 관련된 기술 솔루션을 개발하고 제공하는 기업입니다. 블룸 에너지는 주로 데이터 센터, 병원, 학교 및 산업 시설과 같은 다양한 분야에서 에너지 솔루션을 제공하여 지속 가능하고 효율적인 전력을 공급하고 있습니다. 뉴욕 증권거래소에 상장된 블룸 에너지(BE)의 주력 제품은 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)인데요. SOFC는 천연가스, 바이오가스, 수소 등 다양한 연료를 사용하여 전기와 열을 생산합니다. 때문에 블룸 에너지가 설계한 현장 발전용 SOFC "에너지 서버"는 다양한 연료원을 이용할 수 있다는 것이 최장점입니다. 또한 블룸 에너지는 에너지 저장 솔루션도 개발하고 있는데요. 블룸 에너지의 연료전지 시스템은 분산화된 발전(發電)을 가능하게 하고, 전력 네트워크의 안정성을 향상시킵니다. 이는 전력 소비자에게 더욱 안정적이고 신뢰할 수 있는 전력을 연중무휴 공급하는 동시에, 고피크 시간대에도 전기를 유연하게 사용할 수 있도록 만듭니다.
| 기업 | 현 CEO | 연간 매출 (2022) | 연간 순수익 (2022) | 매출에서 수소 활용이 차지하는 비중 |
| Bloom Energy | KR Sridhar | $835 million | $139 million | 81.20% |
2편에서 계속됩니다.
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