국내 첫 해양 그린수소 실증 현장 가보니

파고 0.7m·파 주기 6초 이상 등 조건 까다롭지만, 대용량 수소 생산 가능

1GW 전력, 수소 전환 플랜트 설계도 연구 중

제주 서쪽 끝 한경면 용수리 바닷가. 수평선 위로 폭 30m 크기의 직사각형 구조물이 떠 있다. 콘크리트 기초 위에 철제 설비가 얹힌 '제주파력시험장'이다. 해안에서 약 1.2km 떨어진 이곳은 한국의 차세대 에너지 실험장이자 국내 첫 해양 그린수소 실증 현장이다. 파도와 바람으로 수소를 만드는 친환경 발전소다.

지난 26일 찾은 시험장은 거센 물살 탓에 배로 접근할 수 없었다. 현장 관계자 설명에 따르면 파도가 콘크리트 홀을 타고 구조물 안으로 밀려들면 내부 수위가 출렁이며 공기를 밀어내고, 그 압력이 블레이드를 돌려 전기를 만든다. 이렇게 생산된 전력은 수전해 장치에 공급돼 물을 분해하며 '해양 수소'가 된다.

관제실에서는 해저 케이블을 통해 전달된 데이터가 실시간으로 모니터에 표시된다. 파고, 주기, 풍향 등 수십 개 측정값이 끊임없이 바뀌며 해양 재생에너지의 불안정성을 보여준다. 제주 파력시험장 공사감독관인 임창혁 선박해양플랜트연구소 박사는 "지금은 전력이 40~70킬로와트(kW) 단위로 변동하지만, 수전해 시스템이 이를 흡수해 일정하게 수소를 생산하는 게 연구의 핵심"이라고 설명했다.

왜 굳이 바다에서 수소를 생산할까. 임 박사는 "육지에서는 주민 수용성과 공간 확보가 가장 큰 장벽"이라며 "대용량 설비를 들이려면 넓은 부지가 필요한데 현실적으로 어렵다"고 말했다. 이어 "바다는 공간 제약이 덜하고, 무엇보다 해상풍력 단지와 직접 연결해 대규모 전력을 수소로 전환할 수 있다"는 장점을 강조했다.

이미 유럽에서는 해상풍력과 수소 생산을 결합한 프로젝트가 활발하다. 네덜란드, 독일, 영국에서는 퇴역한 해상 석유·가스 플랫폼을 개조해 수소 플랜트로 활용하는 시도까지 이뤄지고 있다. 한국의 이번 실증사업도 같은 맥락이다.

해양수산부 연구과제인 이 사업의 정식 명칭은 '해양 재생에너지 활용 고정식 해양 그린수소 생산시스템 기술개발'. 2022년 4월 시작해 2026년 말까지 이어지는 대형 프로젝트로, 총사업비 258억원(국비 220억원 포함)이 투입된다. 선박해양플랜트연구소가 주관하고 중부발전, 제주도청, 민간기업과 대학 등 12개 기관이 참여한다.

현재는 500kW 해상풍력, 250kW 파력발전 중 일부 전력을 활용해 수소를 생산하고 있다. 다만 생산된 수소를 저장하지는 못한다. 현행 규정상 콘크리트 구조물 내부 저장이 불가능하기 때문이다. 연구진은 이를 해결하기 위해 규제 샌드박스를 신청했다. 임 박사는 "내년에는 연료전지를 설치해 수소를 다시 전력으로 변환하는 단계까지 연구를 확장할 것"이라고 말했다.

파력발전 원리는 단순하지만 조건은 까다롭다. 파고 0.7m 이상, 파 주기 6초 이상, 북서풍 계절풍이 불어야 가동된다. 때문에 여름 발전량은 미미하고, 주로 겨울철이 최적기다. 임 박사는 "11월부터 2월까지가 가장 좋은 발전 시즌"이라며 "여름에는 유지보수와 장비 개선 연구를 진행한다"고 말했다.

파력 발전은 태양광이나 풍력과 비교해 이제 막 시작 단계지만, 안정적 에너지 생산에는 더 유리하다는 평가다. 임 박사는 "중요한 건 변동성을 견디는 기술"이라며 "파도와 바람은 예측 불가능하지만, 이를 안정적으로 흡수해 수소를 생산할 수 있어야 상용화 가능성이 열린다"고 했다.

해양수소의 가장 큰 난제는 경제성이다. 해상 구조물 설치·유지에 막대한 비용이 들기 때문이다. 임 박사는 "투자비가 수소 가격에 전가되는 건 사실"이라면서도 "이번 연구 목표 중 하나가 비용 절감과 안전성 확보"라고 강조했다.

바다라는 입지의 이점도 있다. 임 박사는 "육지에서는 수소 설비 간 이격거리 규정 때문에 대규모 설치가 어렵다"며 "그러나 바다 한가운데라면 폭발 시 주변 피해 우려가 적어 압축적인 설비 배치가 가능하다"고 설명했다.

제주 실증은 시작일 뿐이다. 연구진은 해상풍력 1기가와트(GW) 규모 전력을 수소로 전환하는 부유식 플랜트(FPSO) 설계까지 검토 중이다. 임 박사는 "가로 400m, 세로 100m, 6층 규모 플랜트가 필요한데, 유럽은 이미 비슷한 구상을 진행 중"이라며 "한국도 인천항, 목포항 등 수소 수입 기지를 중심으로 해상풍력·수소 생산 설비를 결합하는 모델이 필요하다"고 말했다.

제주도 역시 그린수소를 '잉여 재생에너지 처리 해법'으로 삼는다는 방침이다. 풍력·태양광 비중이 전국 최고인 만큼 잉여 전력을 수소로 전환하는 모델을 구축한다는 것이다. 오영훈 제주도지사는 전날 기자들과 만나 "앞으로는 남은 전기를 그린수소로 바꿔 저장·활용하는 방식으로 가야 한다"고 밝혔다.

정부도 제주의 그린수소 전환에 기대를 걸고 있다. 신용한 지방시대위원회 부위원장은 "제주는 정부의 5극3특 전략 가운데서도 그린수소에 가장 적합한 지역"이라며 "예산과 공공기관 이전을 통해 집중 지원할 수 있는 최적의 모델"이라고 말했다.