원자력그린수소, 원자력 기반 수소생산이 수소환원 철강업에서도 경쟁력이 있다.

"에너지 전환과 관리 : X 10, 2021 (Energy Conversion and Managemeent : X 10, 2021)" 에 게재된 노르웨이의 "메탄 열분해 수소생산이 철강업의 탈탄소화를 주도할 수 있는가?" 연구보고서에 대해 한국의 입장에서 평가해 보고자 한다.

본 연구보고서에서 인용한 수소생산 방법은 용융금속 메탄 열분해(molten metal methane pyrolysis)와 계통연계 저온 알칼리 전해설비(low-temperature alkaline electrolyser)이다. 두 가지 방법 공히 탄소 배출을 많이 하는 철강업의 탈탄소를 위해 적용할 수 있다.

액체철강 톤(tls, ton of liquid steel) 기준 메탄 열분해는 5.16 MWh/tls, 수전해는 3.96 MWh/tls (전해설비 효율 50 KWh/kg H2)의 에너지를 소비한다. 철강의 균등화 생산비용(LCOP, Levelized Cost of Production)는 메탄 열분해가 631 $/ton, 전해설비가 669 $/ton 이다. LCOP는 전기요금, 천연가스 가격, 탄소배출 비용 등에 따라서 크게 변동한다.

1. 에너지 소비에서 메탄 열분해는 천연가스(메탄) 비중이 71%를 차지, 한국은 천연가스 대신에 LNG를 사용해야 한다. LNG는 천연가스 보다 가격이 비싸며 변동이 심하다. 반면에 수전해는 전해설비의 비중이 75%를 차지한다.

2. 메탄 열분해 및 수전해 공히 계통전력을 사용하는 것으로 가정, 한국은 발전단가가 가장 낮은 원전 전기 사용을 최대화 해야한다. 소형모듈원자로(SMR)에서 자가발전(captive power)을 통해 더 싸게 전력과 열을 공급할 수 있다.

3. 수전해는 저온전해에 의한 수소 생산단가를 산정했으나, 원자력은 고온전해와 열화학 분해를 적용하여 수소 생산단가를 더 낮출 수 있다.

4. 계통연계 전기는 전원믹스(power mix)에 따라 탄소 배출인자가 달라진다. 재생에너지는 무탄소 전원이나, 출력이 간헐적이며 에너지저장장치를 필요로 하다. 그러나 원자력은 무탄소 전기를 안정적으로 공급할 수 있다.

결론적으로 한국의 경우 메탄 열분해 수소가 철강업의 탈탄소화를 주도할 수 없다. 원자력 기반 수소생산은 철강업종 이외에 타 산업 영역에서도 경쟁력을 가진다. 고가의 수입 LNG를 개질하여 블루수소를 제조할 경우에는, 추출수소 가격에 탄소 포집 활용 및 저장(CCUS) 비용을 추가해야 한다.