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・카테고리: Hydrogen Energy
・일시: 2021년 3월 25일
 
중국의 향후 수소 공급망(1) -- 생산
 
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2020년은 대부분의 산업에 힘든 한 해였지만, 수소 산업은 중국 정부로부터 몇 가지 좋은 소식이 있었습니다. 국가 차원에서 주()정부는 수소를 에너지 통계 보고 시스템에 포함시키고 에너지법을 개정하여 공식적으로 수소를 에너지로 인정했습니다. 지방 차원에서 점점 더 많은 정부가 수소 및 연료 전지 자동차 산업에 대한 개발 계획을 발표했습니다. (그림 1).
 
그림 1.
 
지방 정부가 공유하는 공통 계획 중 하나는 장기적으로 재생 에너지를 활용한 탄소제로 수소 생산을 Power-to-gas 차원에서 육성하는 것입니다. 그 근본은 가장 깨끗한 연료인 수소가 2060년까지 탄소 중립 목표를 달성하려는 중국의 목표에 기여할 수 있다는 것입니다. [Eco-China: How Carbon Emission Trade Nurtures Low-carbon Economy]. 또다른 중요한 이유는 수소가 재생 에너지 발전의 변동성으로 인한 전력 감소 및 불균형에 대한 해결책이라는 것입니다.
 
다음 30년 동안 연료 전지 사용 수소 생산에 어떤 에너지원을 사용할 수 있습니까? 탈탄소화 추세가 수반할 수 있는 비즈니스 기회는 무엇입니까?
 
수소의 3가지 분류 (생산측면)
수소 생산은 생산 과정에서 발생하는 배출량에 따라 그레이, 파란색 및 그린의 세 가지 음영으로 나타납니다.
  • 그레이 수소는 화석 연료에서 생성되어 상당한 양의 탄소 배출을 생성합니다.
  • 블루 수소는 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술을 적용하여 저탄소 임계값(14.51kgCO2e/kg H2)
  • 을 충족해야 하는 화석 연료 및 화학 물질(예: 염소-알칼리, 프로판 및 에탄)에서 생성되는 수소입니다. 그린 수소는 탄소 배출량이 4.90kgCO2e/kgH2 미만인 재생 에너지로 생산되는 가장 깨끗한 수소 유형입니다.
* 배출량 수준은 중국 수소 연맹(China Hydrogen Alliance)에서 발행한 최신 그룹 표준 저탄소 수소, 청정 수소 및 재생 에너지 수소 표준 및 확인에 따릅니다.
 
수소 연료 생산의 세 가지 개발 단계
우리의 가정에 따르면 중국은 2020년과 2050년 사이에 블루 및 그레이 수소에서 그린 수소 생산으로 세 가지 발전 전환을 겪을 것입니다. (그림 2).
 
그림 2
 
단기적으로(2020-2025년) 낮은 불순물과 배출로 인해 화학물질(주로 염소-알칼리, 프로판, 에탄)에서 발생하는 부생 수소가 그레이 수소와 공존하고, 임시 연료 공급이 됩니다.
 
그림 3
 
현재 그레이 수소는 수소의 약 98%가 산업용 공급원료로 사용되기 때문에 주요 공급원입니다. 전국적으로 가장 낮은 생산 비용(약 10 Yuan/kg)과 자원이 풍부한 화석 연료에도 불구하고(그림 4), 특히 산둥, 장쑤, 광둥 및 랴오닝과 같은 해안 지방에서 그레이 수소는 배출 및 불순물 문제로 인해 연료 전지 응용 분야에 적합하지 않고 지속 가능하지 않습니다.
 
그림 4
 
최신 국가 보상 정책, 연료 전지 차량 실증 응용 프로그램 개발에 관한 고시 [보조금 정책 분석]에 의하면 15kg CO2/kg H2 미만으로 수소를 생산하는 경우 RMB 3 Yuan/kg으로 보상받을 수 있고, 이로 인해 그레이 수소 생산이 억제됩니다. 이 점에서 블루 수소와 그린수소만이 배출규제 기준을 만족할 수 있습니다. 향후 국가 정책을 벤치마킹한 보상액으로 유사하게 지역 보상 정책을 기대할 수 있습니다. 이 경우 감소된 재생 에너지 전력을 사용하는 그린 수소 생산 비용의 약 40%인 6 Yuan/kg 보상이 블루 및 그린 수소 공급업체에 부여됩니다.
 
또한 PEM FCEV용 최신 국가 표준 연료(GB/T 37244-2018)에서는 6가지 유형의 불순물을 ppm 수준 이하로 규정하고 있습니다. 수소를 함유한 불순물이 일정 수준보다 높으면 연료 전지가 손상되고 수명이 단축될 수 있기 때문입니다. 첨단 정제 및 불순물 테스트 기술은 연료 전지에 그레이 수소를 적용하는 데 있어 두 가지 주요 장벽입니다.
 
그림 5
 
대신 PSA 처리 후 부생 수소는 PEM FCEV 사용에 적합한 낮은 수준의 불순물로 순도 99.99%~99.999%에 도달할 수 있습니다. 저장, 장쑤 및 산동과 같은 성을 포함한 중국 동부는 화학 물질에서 공급되는 블루 수소 공급에서 주도적인 역할을 하고 있으며, 그 다음이 광둥 및 랴오닝입니다(그림 6). 현재 단계에서 염소-알칼리 제조업체는 부생 수소의 주요 공급업체입니다. 향후 10년 동안 PDH 및 에틸렌의 화학 제조업체는 부생 수소의 주요 공급업체가 되기 위해 염소-알칼리 대응 제품을 앞지르게 될 것으로 예상됩니다. 염소-알칼리 산업은 이미 성숙한 반면 PDH 및 에틸렌 산업은 발전 잠재력이 크기 때문입니다.
 
그림 6
 
이론적으로 수소 정제 과정에서 추가적인 온실 가스 배출은 발생하지 않습니다. 가장 큰 단점은 부생 수소 공급이 수요 주도형이 아니라는 점입니다. 구체적으로 실제 수소수요가 아닌 주요 공산품의 수요에 의해 결정됩니다. 이 경우 수소 공급이 불안정하고 화학 산업 생산량에 따라 변동하기 때문에 제한적입니다.
 
같은 기간 출력제한된 재생에너지로 소량의 그린수소를 생산해 실증사업에 공급할 예정입니다. (그림 7). 예를 들어, 허베이는 2022년 베이징 동계 올림픽에서 운영되는 연료 전지 버스에 그린 수소를 공급하기 위해 출력제한된 풍력을 활용함으로써 가스 발전 프로젝트 개발에서 1위를 차지했습니다. 다른 프로젝트는 주로 북부 지역과 쓰촨성에 있습니다.
 
그림 7
 
중국의 power-to-gas 프로젝트는 출력제한된 재생 에너지원의 분배와 유사한 레이아웃을 보여줍니다(그림 8). 중국에서 재생 에너지는 중국 북서부와 남서부에 있습니다. 신장과 내몽골은 풍력과 태양열 발전이 풍부한 반면 수력은 쓰촨성에 집중되어 있습니다. 레이아웃 유사성은 전력 절감을 줄이고 전력 이용률을 높이는 방법으로 수소가 권장됨을 나타냅니다. (그림 9). 
 
그림 8.
그림 9.
 
중기(2026~2035년)에는 산업 부생수소와 출력제한 된 재생 에너지 전력이 계속해서 전국 수소 연료의 대부분을 공급합니다.
 
그림 10.
 
2035년까지 부생 수소의 연간 생산량은 약 300만 톤/년으로 정체되어 FCEV의 연간 수요(약 430만 톤/년)에 못 미칠 것으로 예상됩니다. 그린수소는 중국 북부와 남서부의 저렴한 재생에너지를 활용하여 경쟁력 있는 생산원가(12.2~15 Yuan/kg)로 공급 부족을 보완할 수 있지만 수소 생산 CAPEX는 여전히 높습니다. 공급이 꾸준히 증가하는 또 다른 이유는 power-to-gas가 전력 공급과 수요 간의 격차를 최소화하기 위한 전력 균형 관리의 핵심 척도이기 때문입니다. (그림 11). 그러나 지역 자원과 저장/운반 기술의 제약으로 생산된 그린 수소는 모든 수요 지역을 공급하기 어려울 수 있습니다. 따라서 석탄에서 가스로 전환하는 것은 만약 정제 및 CCS 기술이 발전되고 가격경쟁력이 있다면, 산시성과 같이 석탄자원 지역에 대한 또 다른 공급옵션이 될 것입니다.
 
그림 11.
그림 12.
 
재생 전력은 중국 수소 동맹 추정에 따라 2050년까지 약 70%의 수소를 공급하는 중국의 유망한 수소 공급원입니다. 한 가지 이유는 거대한 생산 잠재력입니다. 북서부 지역의 풍부한 재생 에너지 자원을 통해 중국은 국내 및 국제적으로 수소 연료 수요를 충족할 수 있습니다. 또 다른 동인은 감소된 수소 생산 CAPEX로 인해 수소가 축소된 전력과 계통 전력의 소비자가 될 수 있다는 것입니다. 2060년까지 중국의 탄소중립 목표를 달성하기 위해 신재생에너지 설치규모가 확대됨에 따라 신재생에너지 발전 CAPEX가 점차 화력수준 이하로 떨어질 것으로 예상되기 때문이기도 합니다. 지금까지 SPIC, CNE Energy, China Huaneng Group과 같은 여러 국유 에너지 투자 그룹과 발전기가 중국 전역에서 축소된 전력을 사용하여 시범 전력-가스 프로젝트를 시작했습니다. (그림 7). 그러나 재생 에너지의 높은 발전 비용은 on-grid 전력을 사용하는 중앙 집중식 생산에서 그린 수소를 제한할 수 있습니다. 그린 전력 가격과 수소 생산 CAPEX가 있어야만 경제적인 원천이 될 수 있습니다. 추가로 거절되었습니다. (Sunny: What does that mean “further declined.”?)
 
주류 방법인 물 전기분해 외에도 바이오매스 가스화 및 미생물 대화는 장기적으로 두 가지 고급 생산 기술입니다. 바이오매스 에너지는 매일 400톤의 생활폐기물을 공급하여 1,000대의 연료전지 버스 또는 물류 트럭을 공급하는 수소를 생산할 수 있다는 점을 감안할 때 그린 수소 생산을 위한 큰 잠재력이 될 수 있습니다. Hynertech, Tri-Ring Group 및 우한 Engineering은 일일 폐기물 공급량이 약 12,000톤인 우한의 생활 폐기물에서 생산된 수소 운반체의 데모 프로젝트를 시작했습니다. 중국에는 아직 개척되지 않은 거대한 시장이 있습니다.
 
재생 가능한 자원 분야와 주요 수소 수요 시장 사이에 중장기적으로 격차가 있음이 확연히 보입니다. 이 격차를 메우기 위해 국가 수소 유통을 위해 다양한 규모의 저장 및 운송 기술을 개발해야 합니다. 예를 들어, 액체 탱커 트럭은 서쪽에서 동쪽으로 대용량 수소를 운송하는 데 사용할 수 있습니다. 수소 저장 및 운송 수단의 향후 개발에 대한 보다 자세한 분석은 당사 웹사이트에서 곧 제공될 예정입니다.
 
사업 기회
중국의 그린 수소 생산으로의 전환은 몇 가지 신흥 유망 시장의 성장을 기대할 수 있습니다. 투자자 및 관련 제조업체는 다음을 주시하는 것이 좋습니다.
 
1. PSA 및 CCS 기술
단기적으로는 정제 및 탄소 포집 기술의 미성숙과 높은 비용으로 인해 화석 연료를 수소 연료 생산을 위한 상용화를 불가능하게 만듭니다. 현재 국내 업체(Jaran Hydrogen Energy Technology, Ally Hi-tech 등)는 시연정화사업을 시작했지만 상용화되지는 않았습니다. 한편, CNPC, Sinopec, CR Power와 같은 여러 국영 에너지 기업은 CCS 시범 프로젝트를 주도적으로 시작했지만 탄소 포집 비용은 여전히 ​​300~900위안/톤 CO2로 높습니다. 라서 저비용의 첨단 정제 및 CCS 기술을 전문으로 하는 국제 기업들은 중기적으로 블루 소가 수소연료 시장에 진출하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다. 특히 CCS 사업은 중국 정부가 대용량 화석연료를 친환경적으로 활용하기 위해 노력하고 있기 때문에 신장, 산시, 랴오닝, 산둥 등 석유/석탄 자원 지역에서 가장 활성화될 가능성이 높습니다.
 
2. 전해조
전해조와 그 핵심 부품의 발전은 장기적으로 비용 효율적인 대규모 그린 수소 생산에 매우 중요합니다. 현재까지 중국은 쑤저우 징리(Suzhou Jingli)를 필두로 대규모 수소 생산을 위한 ALK 전해조에서 비용 우위를 점하고 있습니다. 높은 생산 비용과 제한된 생산량으로 인해 PEM은 대규모 생산을 중단하고 SOEC는 아직 실험실 단계에 있습니다. 전해조 제조업체와 주요 부품 공급업체는 지방자치단체가 전력난 해소를 위해 적극적으로 수소를 추진하는 곳, 중국 북부 및 남서부의 신흥 그린 수소 시장에 관심을 기울일 가치가 있습니다.
 
3. 수소 연료에 대한 불순물 테스트
가정적으로 증가하는 수소 연료 수요는 국가 연료 표준(GB/T 37244-2018)의 규정으로 인해 많은 불순물 테스트 수요를 생성할 것입니다. (그림 5). 자격을 갖춘 테스트 장비의 부재로 인해 중국은 미래의 테스트 수요를 충족할 수 없을 것입니다. 현재까지 국내 유일의 기관(Sinopec 석유가공연구소)만이 자체 개발한 기술로 수소연료에 대한 불순물 검사 업무를 수행할 수 있는 자격을 갖추고 있습니다. 더 많은 국제 테스트 기관 및 테스트 장비 공급업체가 중국의 수소 연료 시장에 서비스를 제공할 것으로 예상됩니다.
 
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