2022. 3. 19. 08:00ㆍ리포트/에너지ㆍ화학
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Part Ⅰ. 돌아온 원전, 방향성에 더해서 현실성을 생각할 때
Part Ⅱ. 윤석열 정부의 목표: 원전비중 40%, 발전설비 10GW 추가
Part V. 논란의 원전, EU·미국은 친환경으로 규정
Part VI. 글로벌 원전 재개 확대로 우라늄 수요 증가 기대
Part VII. [비철 전략] 핵연료 수직계열화 or 우라늄 트레이딩 기업
Part Ⅰ. 돌아온 원전, 방향성에 더해서 현실성을 생각할 때
윤석열 후보가 대통령에 당선되면서 탈원전 정책은 폐기될 수순이다. 신재생에너지에서 원자력으로 에너지 정책 방향이 선회할 것으로 예상할 수 있다. 그렇다고 단순하게 방향만 놓고서 원전 종목에 투자하기 전에 생각해봐야 하는 사안이 남아있다.
신재생에너지
기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛·물·지열 ·강수·생물유기체 등을 포함하여 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지
- 신에너지 : 연료전지, 수소, 석탄액화 · 가스화 및 중질잔사유 가스화
- 재생에너지 : 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지열
첫째, 원전 관련종목은 이미 대선 이전부터 Valuation 이 높아졌다. 국내외에서 원전에 대한 중요성이 부각되면서 주가에 기대감이 반영되었기 때문이다. EU 는 녹색분류 체계에 원전을 포함했으며, 국내에서는 문재인 대통령이 원전을 기저발전으로 활용해야 한다는 발언을 했었다. 둘째, 차기 정부의 리더쉽이 얼마나 발휘될지 염두에 두고 있어야 한다. 20 대 대선 결과가 박빙으로 끝났으며, 앞으로 2 년간 여소야대 상황이 펼쳐질 것이다. 정권을 창출한 국민의힘과 민주당 사이에 팽팽한 줄다리기가 예정되어 있다.
Valuation (밸류에이션)
기업, 업종, 시장 등 다양한 평가 대상의 내재된 가치 대비 시장 평가 수준을 뜻한다.
녹색분류체계 (Taxonomy, 그린 택소노미)
어떤 활동이 기후변화를 억제하기 위한 환경 친화적인 경제활동인지에 관해 그 기준을 확립하고 관련 자금 유입을 활성화하기 위해 유럽연합(EU)에서 도입한 개념이다.
따라서 이번 자료는 윤석열 정부의 원자력 정책 실현 가능성을 놓고서 투자전략을 제시했다. 차기 정부에서 원전이 중요해진다는 것은 자명한 사실이다. 여기에 더해서 구체적으로 ① 정책 목표를 달성하기 위해서 신규 원전은 몇 기가 더 필요한지 ②윤석열 정부가 집권하는 기간 동안 신규 원전을 완공할 수 있을지 ③ 초단기, 단기, 장기로 나눠서 차기 정부가 원전 발전비중을 늘리기 위해 할 수 있는 방안을 알아봤다. 단계별로 원전 가동률 상승(초단기) → 노후원전 수명연장(단기) → 신규원전 추가(장기)로 나눠서 볼 수 있다.
실적가시성 측면에서 한국전력>한전 KPS>한전기술=두산중공업 순서로 투자 매력도가 높다고 판단한다. [한국전력] 원전 가동률은 예방정비 일수를 조정하면 1 년안에 끌어 올릴 수 있다. 기저발전인 원전 발전비중 증가 → 첨두발전 LNG 감소 → 한국전력 비용감소 효과 순서로 이어질 것이다. PBR 0.2 배(vs. 평균 0.2~0.4 배)까지 떨어진 상황에서 주가를 상승시킬 요인으로 판단된다. [한전 KPS] 노후원전 11 기 수명연장 효과로 예방정비일수가 늘어나면 한전KPS 에 수혜가 예상된다. 탈 원전 정책 영향으로 노후원전 11 기는 수명연장 없이 2030 년 안에 영구정지 될 예정이었다. 집권기간 안에 원전 발전량을 늘리기 위해서 윤석열 정부는 노후원전 수명연장을 선택할 것으로 예상한다. [두산중공업/한전기술] 두 기업은 신규 원전에 대한 종합설계 용역계약이 체결된 시점부터 매출액을 인식한다. 일반적으로 전력수급기본계획(이하 전기본) 이후 종합설계용역까지 5 년이 걸린다. 10 차 전기본은 2022 년 12 월에 예정되어 있어서 매출액에 영향을 미치는 시점은 2028 년부터 영향을 줄 것으로 전망한다. 한전기술 PBR 은 6.0 배까지 올라온 상황에서 5 년 뒤의 실적이 주가를 자극하기에는 어렵다고 판단한다.
한국전력
동사는 1982년 1월 1일 설립되어 1989년 8월 10일에 유가증권시장에 상장함. 지배회사인 한국전력공사가 영위하는 사업으로는 전력자원의 개발, 발전, 송전, 변전, 배전 및 이와 관련되는 영업, 연구 및 기술개발, 투자 또는 출연, 보유부동산 활용사업 등이 있음. 연결대상 종속회사들이 영위하는 사업에는, 원자력발전사업, 화력발전사업 그리고 기타사업으로 발전소설계 등이 있음.
출처 : 에프앤가이드
한전KPS
1984년 4월 한국전력공사의 전액 출자로 설립된 발전설비정비 전문회사로 전력설비정비(화력, 원자력/양수, 송변전, 대외, 해외)와 관련된 기술개발 및 신재생에너지 사업 수행. 국내 발전회사, 한국지역난방 열원공급설비, 산업단지 열병합설비 및 자가발전설비 등의 유지관리사업에 참여중. GE의 가스터빈 재생정비 기술을 바탕으로 지멘스, 웨스팅하우스, ABB 등 Non-GE 등 다양한 가스터빈 및 스팀터빈 부품 재생정비서비스를 수행.
출처 : 에프앤가이드
한전기술
발전소 및 플랜트 관련 엔지니어링 업체로서 원자력발전소의 설계, 수화력발전소의 설계, 발전설비 O/M, 플랜트 건설사업 및 PM/CM 사업 등을 영위하고 있음. 세계에서 유일하게 원자로계통 설계와원전 종합설계를 모두 수행하고 있음. 2020년 03월 미국 'LACP 비전 어워드' 지속가능경영 부문 및 CSR 부문에서 금상을 수상하였으며, 2020년 08월 제주한림해상풍력 사업인허가를 취득함.
출처 : 에프앤가이드
두산중공업
동사는 1962년 현대양행으로 설립되었으며 1980년 중화학공업 구조조정의 일환으로 정부에 귀속, 한국중공업으로 변경됨. 2001년 두산중공업으로 상호 변경. 발전설비 및 담수설비, 주단조품, 건설(두산중공업), 건설중장비 및 엔진(두산인프라코어), 토목과 건축공사(두산건설) 등의 사업을 영위중임. 17,000톤 프레스 도입으로 발전과 산업 분야의 초대형 단조품 시장 공략을 더욱 가속화할 계획임.
출처 : 에프앤가이드
PBR (Price-to-Book Ratio, P/B, 주가순자산비율)
주가를 BPS(주당순자산가치)로 나눈 것이다. 주가가 1주당 순자산의 몇 배로 매매되고 있는가를 표시하며 PER과 같이 주가의 상대적 수준을 나타낸다.
Part Ⅱ. 윤석열 정부의 목표: 원전비중 40%, 발전설비 10GW 추가
윤석열 정부의 원자력 발전 공약은 ‘친(親)원전, 원전수출, 차세대 원전기술 개발’ 3 가지로 쪼개서 볼 수 있다. 친(親)원전 정책 일환으로 탈원전 정책 폐기, 신한울 3/4 호기 건설 즉시 재개, 2030 년 이전 최초 운영허가 만료 원전의 계속 운영을 공약으로 제시했다. 원전수출을 위해서는 2030 년까지 후속 원전 수출 10 기 달성, 한미 원자력 고위급위원회 활성화를 약속했다. 마지막 차세대 원전기술 개발로 수냉각 SMR 상용화 촉진, 수소병합 원전 개발을 약속했다.
SMR (Small Modular Reactor, 중소형 원자로)
대용량 발전원자로에 대비되는 개념으로 열출력(또는 전기출력) 규모가 작고 동일 원자로를 복제하여 모듈개념으로 건설할 수 있는 원자로를 통칭한다. 안전성, 기술성, 활용성 등 여러 측면에서 주목을 받고 있으며 대용량 발전로를 도입하기 어려운 일부 국가에서 상용화할 목적의 신형원자로로 개발되고 있다.
다만 유권자 입장에서 공약을 제시했을 뿐, 투자자 입장에서 제시한 내용만으로 구체적인 변화의 기울기 값을 계산하긴 어려웠다. 언제까지 원전비중을 몇 %까지 높일 것인지 제시하진 않았기 때문이다.
차기 정부의 에너지 정책을 전망하기 위해서 “대통령을 위한 원자력 이슈 문답 10 선” 자료를 참고했다. 주한규 교수 등 국내 원자력공학 교수 10 명이 모여서 대선후보를 위해 작성한 자료다. 주한규 교수는 윤석열 캠프 중앙선대위 정책총괄본부 원자력정책분과 위원장을 맡았었다. 차기 정부의 원자력/에너지 정책에 대한 구체적인 힌트를 얻을 수 있었다.
이 자료에 따르면 적정 원자력 발전 비중은 40%, 2031 년까지 원전 발전용량은 31GW 까지 확보해야 한다고 주장한다. 원전과 함께 기저발전 역할을 담당하는 석탄발전 비중은 감소하고 있다. 원전이 그 감소량을 충당하기 위한 적정 비중으로 40%를 제시했다. 만약 원전 비중이 늘어나지 않는다면 태양광/풍력 발전이 기저발전 역할을 차지할 것이며, 재생에너지 증가로 전력 저장비용이 증가해서 국민 부담이 증가할 것을 염려하고 있다. 그리고 노후원전의 계속 운전과 신규원전을 추가하면 2031 년까지 발전용량 31GW 를 확보할 수 있다고 한다.
GW (gigawatt)
10⁹W를 나타내는 기가와트의 기호.
1W * 3,600s = 1J/s * 3,600s = 3,600J = 1Wh
W(와트)는 1초 동안 1J(줄)의 일을 하는 일률의 단위고, 여기에 3,600초(1시간)를 곱한 것이 전력량 와트시(Wh)이다. 암페어와 볼트 단위의 정의를 통해, 1 암페어가 1 볼트의 전위차를 통해 흐를 때 일은 1 와트의 일률로 끝난다.
탈 원전 정책이 반영된 9 차 전기본에서 전망한 2031 년 원전 용량은 21GW, 발전비중은 16.7% 수준이다. 차기 정부에서는 원전용량은 추가로 10GW, 발전비중은 13.3%pt 를 더 확보해야 한다. 원전 발전소 기준으로 치환하면 10 년 안에 10 기 원전을 추가해야 하는 것이다.
Part Ⅲ. 원전 건설은 장기 프로젝트
원전 정책은 관성이 작용한다. 이전 정부의 계획이 차기 정부까지 영향을 미친다는 의미다. 원자력 발전소는 계획에서 준공까지 10 년 이상이 걸리는 장기프로젝트이기 때문이다. 5 년 단임제 대통령 체제하에서는 계획에서 준공까지 일관된 원전 정책이 이어지기 어려운 것이 현실이다. 탈 원전 정책을 주장한 문재인 정부기간 원전 발전설비 추이에 큰 변화가 없었던 이유도 기존 정부에서 추진했던 원전 정책이 관성처럼 작용했기 때문이다.
전기본에서 수립한 설비 확충 계획과 실제 발전소 설비추이를 비교해보자. 차수에 따라서 집권 대통령 시기를 연결하면 2,3 차(노무현)→4,5 차(이명박)→6,7 차(박근혜)→8,9 차(문재인)로 나눠서 볼 수 있다. 정권을 막론하고 원자력 발전소는 계획과 실제 확보한 설비 간 차이가 발생하는 사실을 알 수 있다. 준공까지 오랜 기간이 걸리기 때문에 이미 계획한 원전이 취소되거나 반대로 신규로 추가되는 등 변동상황이 발생하기 때문이다. 상대적으로 건설기간이 짧은 LNG 발전소는 목표와 실제 설비간 차이는 원전보다 작았다.
원전 건설사업은 단계별로 사업준비(5 년)→건설준비(2 년)→시공(7 년) 3 단계로 나눌 수 있다. 가장 먼저 전력수급기본계획에서 향후 전력수요를 예측하고 필요한 목표 발전설비를 계획한다. 그 다음 발전믹스에 따라서 석탄, LNG, 원자력, 재생에너지 발전설비를 나눠서 수립한다. 이 과정에서 정부의 정책기조가 반영된다. 그 다음 단계는 신규 원전이 환경에 미치는 영향을 평가하는 환경영향평가 단계다. 이 단계에서는 원전 건설부지 대상지역 주민의 의견을 수렴해야 하므로 시간이 소요된다. 이후에는 발전사업허가 취득과 전원개발사업 승인을 득하면 사업준비단계는 마무리가 된다.
종합설계용역 체결 이후에는 건설준비 단계로 넘어간다. 이때부터 주기기 공급업체와 설계기술업체는 매출액을 인식을 시작한다. 이 단계에서는 원전에 필요한 원자로, 증기 발생기, 터빈 발전기 등 주기기 공급업체를 선정한다. 또한 한전기술 같은 설계기술 용역업체를 선정하는 단계다.
건설허가를 승인받은 이후에는 마지막 단계인 시공으로 넘어간다. 삼성물산, 한화건설, 현대건설 등 건설업체들이 컨소시엄으로 시공업체로 들어간다. 부지정지공사에 착수한 이후부터 약 7 년여 기간에 걸쳐서 준공을 한다. 준공 이후에는 유지보수관리 업체인 한전KPS 의 매출액이 인식된다.
삼성물산
동사는 1938년 설립되었으며 2015년 삼성물산과 제일모직을 합병하였음 . 건설/상사/패션/리조트/급식·식자재유통/바이오 산업을아우르는 Global Business Partner 및 Lifestyle Innovator로 더욱 성장해나가고 있음. 매출비중은 21년말 상반기 기준 건설부문 33.2%, 상사부문 49.3%, 패션부문 5.3%, 리조트부문 1.5%, 급식/식자재유통 6.7%, 바이오부문 4.1%을 차지
출처 : 에프앤가이드
한화건설
한화그룹의 주요 계열사로 2002년에 설립된 건설회사다. 아파트(주택) 브랜드는 '꿈에그린'에서 '포레나'로 변경됐다.
현대건설
동사는 토목과 건축공사를 주요 사업목적으로 하여 1984년 12월 22일자로 유가증권시장에 주식을 상장함. 현대엔지니어링 등의 종속회사가 있음. 지배회사 및 연결대상 종속회사에 포함된 회사들이 영위하는 사업부문은 토목 부문, 건축/주택 부문, 플랜트 부문, 기타 부문으로 나뉨. 우리나라 원전의 대부분을 시공했으며 원전 시공기술 자립도 100%를 달성함. 국내 최초로 UAE 원전 4기를 수주하여 최고의 원전 시공기술을 인정 받음.
출처 : 에프앤가이드
Part Ⅳ. 확실한 것부터 챙겨서 투자하자
차기 정부가 추진할 수 있는 방법을 초 단기, 단기, 장기로 나눠서 전망할 수 있다. 1 년 안에 원전 발전량을 증가시키기 위해서는 가동률을 끌어올리는 방법이 있다. 예방정비 일수를 조정하면 가동률을 올릴 수 있기 때문에 가장 효과가 빠른 방식이다. 2021 년 원전 가동률 76% 수준에서 2022 년 가동률 90%까지 올릴 수 있다. 발전량으로 치환하면 2021 년 158TWh→ 2022 년 196TWh 까지 증가시킬 수 있다. 원전 가동률이 올라가면 한국전력은 값비싼 LNG 발전 비중을 낮추면서 약 4 조원 규모의 원가절감이 가능하다. PBR 0.2 배 수준에서는 원가절감효과 만으로도 주가상승 효과로 기대된다.
TWh (10¹², 테라와트시)
에너지의 단위이다. 1 TW의 일률로 1 시간 동안 하는 일의 양에 해당한다.
단기 전략은 노후원전 수명을 연장하는 방법이다. 탈 원전 정책으로 총 11개 노후원전은 수명연장 없이 2030 년까지 가동정지를 예정에 두고 있다. 이들 원전의 수명을 연장한다면 9.5GW 원전설비를 추가로 확보할 수 있다. 집권기간 이내에 가시적인 효과가 나타나기 때문에 선택할 가능성이 높다고 판단한다. 노후원전이 계속 가동된다면 유지보수업체인 한전KPS 에 수혜가 예상된다.
장기전략은 신규 원전을 추가하는 방식이다. 10 차 전기본에서 탈 원전 정책이 전면적으로 재검토될 가능성이 높다. 9 차 전기본에서 목표로 한 2030 년 원전 발전비중 16.7%에서 최소 30%까지 상향될 것으로 보인다. 목표를 달성하기 위해서 취소되었던 신한울 3,4 호기 건설재개, 천지 1,2 호기 추가, 신규 1,2 호기 추가될 것으로 예상된다. 10 차 전기본은 2022 년 12 월에 발표될 예정이다. 2022 년에 신규로 계획한 원전이 건설준비 단계로 넘어가기 위해서는 약 5 년의 시간이 필요하다. 건설준비 단계에서부터 매출액을 인식하는 두산중공업, 한전기술 실적가시성은 상대적으로 떨어진다고 판단한다.
Part V. 논란의 원전, EU·미국은 친환경으로 규정
EU, 원전을 2050 탄소중립의 현실적 대안으로 판단
2022 년 2 월, 친환경 정책의 중심에 있는 유럽 연합(EU)이 원전을 ‘그린 택소노미(Green Taxonomy)’로 분류하는 최종안을 의결했다. 이는 27 개의 EU 회원국 중 20 개국 이상, 또는 EP(European Parliament: EU 입법기구) 과반 이상 반대만 없다면, 2023 년 1 월부터 시행된다. EU 뿐 아니라 미국, 일본 등 주요국들의 원전 회귀 움직임도 활발해지고 있다.
EP (European Parliament, 유럽 의회)
유럽 연합(EU)의 입법 기구이다. 27개 유럽 연합 회원국의 시민들에 의해 5년에 한 번씩 직접 선거로 선출된다. 프랑스 스트라스부르에 있다. 주요한 입법기능은 각료 이사회가 주로 행사하지만, 마스트리흐트 조약 이후로는 입법 기능과 정치적 영향력이 점차 강화되고 있다.
1954 년 영국의 원전 상업화 이후, 비용 및 환경 이슈를 중심으로 원전에 대한 논란은 끊임없이 이어져왔다. 그리고 체르노빌, 후쿠시마 등 원전 사고 이후, 안정성 문제까지 더해지면서 탈원전 정책이 가속화되었다. 원전에 대한 논란은 크게 1) 친환경 에너지 여부, 2) 경제성 여부로 구분된다.
우선, 원전은 친환경 에너지일까? 이는 기준을 어디에 두느냐에 따라 달라진다. 현재, EU, 미국 등 2050 년까지 탄소중립을 달성하겠다고 선언한 국가들이 증가하고 있다. 그리고 탄소중립은 이산화탄소 배출량과 제거량을 합한 순배출량을 ‘0’인 상태로 만드는 것이기 때문에 이산화탄소 배출 감소가 핵심이다. 이산화탄소 배출의 가장 큰 원인은, 석탄, 석유 등 탄소가 주성분인 화석 연료를 연소하는 것에 있다. 반면, 원자력 발전은 핵분열을 통해 에너지를 방출하는 것이다. 우라늄, 플루토늄 등이 중성자와 충돌해 2 개의 원자핵으로 분열되는 반응인데, 핵분열 전과 후의 질량이 같지 않고 결손이 생긴다. 이 결손된 질량만큼 에너지가 방출되는 것이 바로 원자력 발전이다. 이에 원전은 전기 변환 시에만 일부 이산화탄소가 발생된다. 따라서 친환경 기준을 탄소저감에 둔다면, 원전에서의 탄소 배출은 풍력, 수력 발전 정도밖에 되지 않아 친환경으로 분류할 수 있다.
탄소중립 (炭素中立, carbon neutrality)
인간의 활동에 의한 온실가스 배출을 최대한 줄이고, 남은 온실가스는 흡수(산림 등), 제거(CCUS; Carbon capture and storage; 이산화탄소 포집, 저장, 활용 기술)해서 실질적인 배출량을 0(Zero)으로 만든다는 개념이다. 즉, 획기적으로 배출량을 줄이고 남은 탄소와 흡수되는 탄소량을 같게 해 탄소 ‘순배출이 0’이 되게 하는 것으로, 이에 탄소 중립을 ‘넷-제로(Net-Zero)’, 탄소 제로(carbon zero)라고도 한다. 탄소중립은 기후위기에 대응해 안전하고 지속가능한 사회를 만들기 위한 2050년까지의 온실가스 감축 목표이자 의지를 담은 개념이다.
그러나 IPCC 기준 배출량 방식은 발전소 총 수명기간 내 운영하는 동안 발생하는 이산화탄소 총량을 총 발전량으로 단순 나눈 것이다. 원전의 열효율은 30% 정도이기 때문에 운용 중에 발생하는 대부분의 열이 냉각을 통해 바다, 강, 대기 등으로 배출된다. 이렇게 배출된 열은 온도 상승을 일으켜 대기 중의 이산화탄소 발생량을 증가시킨다. 또한 원자로 노심에 있는 핵연료 과열 및 이상으로 인해 내부 열이 급상승하면 노심 구조물이 녹아내리게 되는데(=노심 용융), 이 경우에도 이산화탄소 배출량이 상당하다. 이와 같은 간접배출까지 고려하면, 기존 재생에너지보다 훨씬 많은 이산화탄소를 배출하게 된다는 것이 원전 반대 측 논거 중 하나다.
IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change, 기후 변화에 관한 정부간 협의체)
국제 연합의 전문 기관인 세계 기상 기구(WMO)와 국제 연합 환경 계획(UNEP)에 의해 1988년 설립된 조직으로, 인간 활동에 대한 기후 변화의 위험을 평가하는 것이 임무이다. IPCC는 연구를 수행하거나 기상 관측을 하는 조직은 아니다. 기후 변화에 관한 국제 연합 기본 협약(UNFCCC)의 실행에 관한 보고서를 발행하는 것이 주 임무이다.
두 번째 논란은 경제성 여부다. 원전의 주된 연료로 사용되는 우라늄은 석탄, 석유 등 대비 에너지밀도(우라늄 1kg=석유 9,000drum=석탄 3,000t)가 높고, 발전에 사용되는 연료 비중이 15% 미만이기 때문에 발전단가가 저렴하다. IEA 기준, 발전원 별 발전단가를 비교해보면, 원전은 $69/MWh(중간값 기준)로 유틸리티용 태양광($56/MWh)과 육상 풍력($50/MWh) 다음으로 저렴하다.
IEA (International Energy Agency, 국제 에너지 기구)
1974년 벨기에 브뤼셀에서 열린 석유 소비와 관련된 회의의 합의에 따라 같은 해에 발족한 국제적 석유 긴급 유통 계획 기구이다. 본부는 프랑스 파리에 있다.
다만, IEA 기준 LCOE(에너지균등화비용)는 연료비용과 유지보수비에 투자비용(초기 투자비+예비비), 해체 및 폐기물 관리 비용만이 고려되어 있다. 원전은 다른 발전원들 대비 기회비용이 큰 편이다. 원전은 건설 입안부터 발전 인허가 후 건설까지 걸리는 시간이 타 재생에너지 발전 대비 5~17 년 길다. 이에 이 기간 동안 관련 부지에서 다른 재생에너지를 활용하여 이산화탄소를 감축시킬 수 없기 때문에 이에 대한 기회비용이 크게 발생한다. 또한 원전 사용 부지의 경우에는 다른 용도로 재사용이 어렵기 때문에 해체된 이후에도 그 부지에 대한 감가상각비가 크게 적용된다.
LCOE (Levelized Cost of Energy, 균등화 발전비용)
전력을 생산하는 준비 단계부터 생산 이후 단계까지 모든 비용을 감안해 책정한 단위 전력량당 발전 비용을 뜻한다. 발전설비 운영기간에 발생하는 모든 비용을 수치화해 나타낸 값으로 발전소가 ㎿h 당 전기를 생산하기 위해 얼마나 비용이 필요한지를 의미한다.
감가상각 (減價償却, depreciation)
토지를 제외한 고정 자산에 생기는 가치의 소모를 셈하는 회계상의 절차로, 시간의 흐름에 따른 유형자산의 가치 감소를 회계에 반영하는 것이다. 경제학적으로는 유형자산의 가치 감소를 의미하나, 회계학의 관점에서 감가상각이란 고정 자산의 가치 소모를 각 회계 연도에 할당하여 자산의 가격을 줄여 가는 것, 취득한 자산의 원가(취득원가)를 자산의 사용기간에 걸쳐 비용으로 배분하는 과정(allocation)을 의미한다.
미국 스탠포드대 마크 제이콥슨(Mark Z. Jacobson) 교수는 원전의 이산화탄소 간접배출부터 관련 기회비용 비용까지 고려하여 발전원 별 온실가스 배출량을 다시 평가했다. 그 결과, 유틸리티용 태양광과 육상 풍력 대비 온실가스 배출량이 현저하게 높았다.
이렇게 원전에 대한 의견이 극명하게 갈리지만, 원전 찬성 측 의견도 무조건적인 옹호는 아니다. 양 측 모두, 안정성 및 높은 기회비용에 대한 경제성 측면에서는 같은 의견이다. 다만, 현존하는 신재생에너지로는 탄소 감축과 전력 수요 모두를 충족시킬 수 없기 때문에 원전을 현실적 대안으로 바라보는 것이다.
이에 EU 가 원전을 ‘그린 택소노미(Green Taxonomy)’로 분류한 결정은 2026 년부터 본격화되는 이산화탄소 직접배출 중심 CBAM(탄소국경조정메커니즘)을 대비하고자 함이다. 특히, 2023 년부터는 수입품 별 탄소 내재 배출량 보고를 시행하기 때문에 직접 탄소배출량 감소가 시급하다. 그리고 최종적으로 2050 년까지 탄소 중립을 달성하기 위해서는 수소 경제로의 전환이 필요하다. EU 는 수소 경제 조기 전환을 위해 수소 생산의 단계별 적용 정책을 발표해왔다. 원래 계획대로라면 2023 년부터는 이산화탄소 포집 설비를 통한 수소 생산인 블루수소를 적용해야 한다. 그러나 원전을 활용할 경우, 블루수소보다 경제성도 있으면서, 수전해수소로의 빠른 전환을 기대해볼 수도 있다. 이에 원전으로의 회귀를 선택한 것으로 예상된다.
CBAM (Carbon Adjustment Mechanism, 탄소국경조정제도)
역내로 제품 수입 시 생산 과정에서 배출된 탄소량에 따라 인증서(배출권)를 구매, 관할 당국에 제출하도록 하는 제도. 2023년 시행을 목표로 한 탄소국경조정제는 승인받은 수입업자가 제품별 탄소함유량에 상응하는 CBAM 인증서(Certificate)를 구매 후 해당 수입에 대해 매년 관할 당국에 신고·제출하는 방식으로 운영된다.
블루수소
- 그린 수소(Green Hydrogen): 재생에너지 전력으로 수전해해 생산한 수소. 재생에너지 발전 전력을 이용하기 때문에 온실가스 배출이 없음.
- 그레이 수소(Grey Hydrogen): 천연가스를 추출(개질)하여 생산하는 '개질 수소'. 정유공정의 나프타 분해 과정에서 부산물로 생산되는 '부생수소'를 의미함. 그레이 수소 1톤을 생산하기 위해 10톤의 CO₂가 배출되는 것으로 알려짐.
- 블루 수소(Blue Hydrogen): 그레이 수소 생산 과정에서 나오는 CO₂를 포집 및 저장해 온실가스 배출을 줄인 수소.
수전해 (물전기분해)
수소를 생산하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며 그중에서도 적은 에너지를 가지고 반응을 쉽게 일으키게 하는 전극촉매에 쓰일 물질에 대한 연구가 많은 관심을 받고 있다. 현재까지 수소를 대량생산하기 위해 가장 경제적인 방법은 화석연료로부터의 추출이다. 하지만, 화석연료의 사용은 많은 문제점을 일으키고 있어 대안이 필요한데, 그중 하나는 수전해(H2O(l) → H2 + 1/2O2(g))이다. 수전해란 물에 전기에너지를 가해 수소와 산소로 분해하는 것으로 이러한 연구의 핵심은 수전해에 필요한 에너지를 낮춰주는 전극촉매에 있다. 물을 전기 분해할 때 +극과 -극에서 발생하는 기체의 성질을 확인할 수 있다. 수산화나트륨을 조금 넣은 물에 전류를 흘려 준 후 생성 물질을 확인할 수 있다. 물의 공유 결합이 끊어지면서 물은 수소와 산소로 전기 분해된다.수전해는 크게 수소 발생 반응(hydrogen evolution reaction(HER), 2H+ (aq) + 2e- → H2 (g))과 산소 발생 반응(oxygen evolution reaction(OER), 2 H2O (l) → 4e- + 4H+ (aq)+ O2 (g)), 위 두 가지 반쪽 반응(half-reaction)으로 구성된다. 그 중 산성 용액에서 HER에 가장 우수한 촉매로 꼽히는 물질은 바로 백금(Pt)이다. 그러나 백금은 매장량이 매우 적고 단가가 높아 공정에 적용하기 어렵다. 이에 따라 백금을 대체할 새로운 물질에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
이러한 이유로 2023 년부터는 EU, 미국 등 주요국 중심으로 원전 재가동이 본격화될 것으로 보인다. 앞 서 언급했듯이, 원전은 건설 입안부터 건설까지 걸리는 시간이 길기 때문에 신설보다는 재가동에 초점을 맞추는 것이 의미 있다는 판단이다. 원전 재가동이 본격화되면 우선, 1) 우라늄 수요가 증가할 것으로 보인다. 그리고 원전을 활용한 2) 수전해조 수요가 동시에 증가할 것으로 예상된다. 이 두 가지를 중심으로 국내외 수혜 기업을 살펴보자.
Part VI. 글로벌 원전 재개 확대로 우라늄 수요 증가 기대
우라늄 가격은 상승 중
2011 년 일본 후쿠시마 원전사고 이후, 안정성 문제가 대두되면서, 글로벌 탈원전 정책 가속화로 우라늄 광산 폐쇄 및 생산량 축소가 이어졌다. 그로 인해 우라늄 가격은 거의 10~15 년간 낮은 수준을 유지해왔다. 그러나 2026 년 본격화될 CBAM, 2050 년 탄소중립 등의 목표 달성을 위해 원전의 필요성이 부각되고 있으며, 미국의 러시아 우라늄 제재까지 거론되면서, 우라늄 가격은 연초 대비 22% 이상 급등한 상황이다. 국내의 경우에도 윤석열 차기 정부에서 탈원전 정책 전면 폐지가 예상되면서, 원전 재가동 가능성이 높아진 상황이다. 이처럼 글로벌 원전 재개 등 수요 확대 예상되는 가운데, 미국의 러시아 제재까지 겹치면서 수급 불균형이 예상되며 우라늄 가격 상승을 이끌고 있다.
수요: 글로벌 원전 재개로 확대로 증가 기대
우라늄 수요는 대부분 원자력 발전이다. 관련 수요 데이터는 세계원자력협회에서 연간으로 원전 가동률, 교체주기, 효율성 등을 고려하여 발표하고 있다.
전 세계적으로 가동 중인 원전은 2022 년 3 월 기준, 392GW 용량이며, 용량 기준, 62,496 톤의 우라늄을 필요로 한다. 세계원자력협회에 따르면, 원전 용량 1GW 가 증가할 때마다 매년 150 톤씩의 우라늄 광물이 더 필요하고, 처음 장전될 때는 300~450 톤의 우라늄이 더 필요하다. 다만, 최근의 원전일수록 효율성이 높아지고 있기 때문에 원전 용량 증가에 따른 우라늄 수요 증가의 기울기가 완만해질 수 있다. 2011 년 이후, 원전은 안정성 문제가 대두되면서, 친환경 에너지원은 태양광, 풍력 등 재생에너지 중심으로 증가했다. 그러나 화석연료에 대한 글로벌 정책이 타이트해지면서,
현재, 재생에너지만으로는 이를 대체할 수 없게 되었다. 이에 주요국 중심으로 원전 재개 움직임이 확대되고 있으며, 2023 년부터 본격적으로 재가동될 것으로 보인다. 따라서 현재 집계되고 있는 우라늄 수요보다 더 가파른 증가가 예상된다.
공급: 안정적인 수준으로 판단
반면 우라늄 생산은 광산, 농축 시설이 지역적으로 편중되어 있기 때문에 지정학적 리스크에 취약하다. 이번 미국의 러시아 제재 시, 우라늄 가격이 상승했던 것도 러시아가 발전소용 농축 우라늄의 35% 이상, 동맹국까지 합치면 50% 이상 생산을 담당하기 때문이다. 특히, 원전 사고 이후, 광산 폐지, 생산량 감소가 이어져 왔기 때문에 수급 불균형을 예상되며 우라늄 가격 상승을 이끌었다.
우라늄의 지역적 편중으로 글로벌 원전 국영기업들은 광산 지분을 인수하며 수직 계열화하려는 움직임을 보이고 있다. 러시아의 ARMZ 는 캐나다 기업이었던 Uranium One 을 2013 년에 인수했고, 중국 기업들 역시 니제르, 나미비아, 카자흐스탄, 우즈베키스탄, 캐나다 광산의 지분을 인수했다. 미국은 우라늄 비축 전략을 실행하고 있으며, 프로젝트 규모는 15 억달러, 2022 년 책정된 예산만 7,500 만달러다. 또한 미국에서 채굴된 우라늄만을 허용하고 있다. 우라늄 정광을 가져와 농축하는 시설은 프랑스, 러시아, 미국, 중국, 영국, 독일, 네덜란드에 있는데, 시설 분포와 별개로 기술을 보유 국가와 기업은 매우 제한적이다. 이에 IAEA(국제원자력기구)와 GNEP(국제원자력파트너십)는 핵확산 방지와 발전연료의 안정적 공급을 위해 국제센터 설립 방식으로 통제하에 두려는 움직임을 보이고 있다.
수직 계열화 (Vertical Integration, 수직적 통합)
미시경제학과 경영 분야에서 한 회사의 공급 사슬이 회사 소유가 되는 것을 말한다. 일반적으로 공급 사슬의 각 구성체는 각기 다른 제품이나 (시장에 특화된) 용역을 생산하며 제품은 공통의 요구를 충족하기 위해 병합된다. 이 용어는 수평적 통합과는 반대되는 표현이다.
ARMZ (AtomRedMetZoloto)
러시아 국영우라늄회사
IAEA (International Atomic Energy Agency, 국제원자력기구)
원자력을 군사적인 목적으로 이용하는 것을 막고 평화적인 목적의 이용을 장려하기 위해 1957년 7월 29일에 설립된 국제 연합 산하 독립기구이다. 본부는 오스트리아 빈에 있다.
GNEP (Global Nuclear Energy Partnership, 국제 원자력 에너지 파트너십)
2006년 2월 미국이 화석연료를 대체할 원자력 이용 확대를 위해 세계적 협력체제 구상을 발표했다.
다만, 현재, 전 세계 우라늄 비축량은 안정적인 수준으로 파악된다. 세계원자력협회가 집계한 양만 2020 년 기준, 유럽과 미국에 40,000 톤, 중국에 130,000 톤, 기타 아시아 지역에 60,000 톤이다. 이는 지난 10~15 년간 낮은 우라늄 가격 지속으로 우라늄 비축이 활발하게 이루어졌기 때문이다. 이에 연간 생산량이 현재의 50%가 감소한다고 하더라도, 향후 5 년 이상은 감당할 수 있다.
우라늄 가격 상승이 국내 원전 산업에 미치는 영향은 제한적
국내 원전은 2021 년 기준, 24 기가 운영 중이며, 23GW, 평균 가동률 약 75% 수준에서 4,270 톤(MTU)의 우라늄을 필요로 한다. 이 중 월성 2, 3, 4 호기만 중수로 방식으로 천연 우라늄이 사용되고, 나머지는 모두 경수로 방식이기 때문에 농축 우라늄이 사용된다.
MTU (Metric Tons of Uranium, 우라늄톤)
최근 우라늄 가격 상승이 국내 원전 산업에 미치는 영향은 미미하다. 첫째, 원전 운영에서 연료비가 차지하는 비중이 10% 미만이다. 원자력 연료는 다른 화석연료와는 달리 원료비보다는 고정비용인 전환, 농축, 성형·가공비용이 훨씬 크다. 세계 원자력 협회에 따르면, 우라늄 가격이 두 배가 되더라도 연료비용은 약 25%만 증가한다고 한다. 둘째, 장기공급계약 등으로 안정적인 연료 확보가 가능하다. 한국수력원자력은 독일, 미국, 프랑스 등 7 개국 기업과 2028 년까지 장기 구매계약을 맺고 있으며, 연간 5,000 톤 규모의 광석을 구매해왔다. 또한 2021 년 카자흐스탄 국영기업 카자토프롬의 자회사로부터 2025~2029 년까지 5 년간 장기 공급계약을 추가로 체결했다. 뿐만 아니라 농축 기업 Tenex 와도 농축 우라늄 장기공급계약을 맺고 있다.
Part VII. [비철 전략] 핵연료 수직계열화 or 우라늄 트레이딩 기업
핵연료 수직계열화 Top Pick: CAMECO(NYSE:CCJ)
글로벌 원전 재개 확대가 예상되는 가운데, 우라늄 공급망의 지정학적 이슈에 강점을 가질만한 기업은 1) 원자력 연료에 대한 수직계열화를 갖춘 기업이다. 캐나다의 CAMECO 는 우라늄 광산생산부터 정련, 변환, 농축, 성형가공까지 수직 계열화되어 있다. 동사는 캐나다, 미국, 카자흐스탄에서 광산을 운영하고 있으며, 캐나다 Blind River Refinery 정련시설, Port Hope 변환 시설을 보유 중이다. 또한 미국 농축시설인 Global Laser Enrichment 는 Laser Enrichment 기술에 대한 배타적 라이선스 보유 시설로, 동사가 지분 49%를 보유하고 있다. 이는 CAMECO 가 상업화 프로젝트를 도맡아 할 예정이다. 또한 캐나다에서 Port Hope, Cobourg 연료제조 시설을 운영 중이다. CAMECO 주가는 코로나 19 로 인해, 2020 년 12 월에 폐쇄된 캐나다 광산 Cigar Lake 를 다시 재개할 것을 발표하면서 상승했다. 여기에 주요국 중심 원전 회귀 움직임 및 러시아 국영기업 로사톰 제재 등으로 인한 우라늄 가격 상승도 주가 상승 요인이었다.
Cameco (카메코)
캐나다 서스캐처원주 새스커툰에 본사를 둔 세계 최대의 상장 우라늄 회사이다.
동사 (同社)
앞에서 이미 언급한 회사.
로사톰 (RosAtom)
러시아 원자력부(MINATOM)을 대신하는 러시아의 국영기업이자 세계 최대의 원자력 기업이다. 로사톰은 미국 원자력규제위원회와 역할이 대조되는 측면이 있다. 로사톰의 본사는 모스크바에 위치해 있다.
우라늄 트레이딩 Top Pick: Yellowcake PLC (LON:YCA)
두 번째로 관심 가질만한 기업은 위기 때마다 Second 공급원으로 주목받을 수 있는 우라늄 트레이딩 기업들이다. 대표적으로 영국의 Yellowcake PLC 가 있다. 동사는 2021 년 기준 평균 140 만 파운드(63 톤)를 현물 평균가 파운드 당 $29.88 에 구매했으며, 2021 년 11 월에 200 만 파운드를 파운드 당 $46.32 에 구매했다. 2022 년 3 월 11 일 기준, 우라늄 현물가격은 파운드당 $59.75 까지 상승했다.
Part VI. 원전 활용 수전해조 수요 증가 본격화
수소, 2050 탄소중립을 위한 핵심 에너지원
탈탄소는 결국 C/H 중량비율이 감소하는 것 즉, 탄소함량이 낮아지는 것을 의미한다. 석탄은 C/H 중량비율 10~30, 석유 5~10, 천연가스 1~3 이며, 수소는 0 으로 탈탄소 정책의 가장 끝단에 있는 에너지원이다. 이렇듯 수소는 연소할 때 공해물질 방출이 전혀 없는 청정에너지이며, 생산을 위한 원료의 고갈 우려가 없다. 또한 에너지 밀도가 높고, 이용 기술의 실용화 가능성이 높기 때문에 탄소중립을 위한 에너지원으로 주요국들의 관심이 높아지고 있다.
C/H (탄화수소비)
수소는 에너지원으로써의 다양한 장점에도 불구, 수소 사회로의 전환을 위해서는 경제성 있는 수소 가격 확보가 우선시되어야 한다. IEA 기준, 탄소세 적용 기준, 수소생산단가는 대형운송수단은 $3/kg, 중형차는 $2.5/kg 수준이었을 때, 경제성이 확보된다. 기준은 화석연료와 비교 시, 경제성이 나오는 수소가격으로 탄소세 부과($4/kg 가정) 가정 시에도 경제성이 확보되는 가격 수준이다. 현재, 신재생에너지를 활용한 그린 수소 기준으로 약$6/kg 수준이기 때문에 거의 50%이상 원가 절감이 필요하다. 이에 EU, 미국 등 주요국 중심으로 수소의 단계별 적용을 언급해왔으며, 그 중간 단계로 블루 수소에 초점을 맞추고 있었다. 현재 탄소포집설비 포함한 천연가스 개질 수소가 블루 수소에서 가장 각광받고 있는 방법이며, 이는 약 $4.5/kg 정도로 형성되어 있다. 다만, 원전을 활용한 그린수소는 블루수소 대비 탄소저감 및 경제성 확보까지 가능하기 때문에 원전으로의 회귀 움직임이 커지고 있는 실정이다.
원전 활용 시, 탄소저감+경제성 동시에 확보 가능
[표 7]은 국제원자력기구(IAEA)에서 개발한 수소 경제 평가 프로그램인 HEEP 를 통해 비교한 수소 생산 비용 비교 결과다. 표에 나와있는 수소 생산 시스템에는 모두 원전의 열 또는 전기를 활용하였다. 그레이 수소의 대표 방식인 SMR 즉, 수증기 메탄 개질 방식은 원전에서 발생하는 열을 활용하여 수소를 생산하였으며, AEC, PEMEC 는 원전의 전기를 활용, SOEC 는 고온의 증기를 통해 전기분해 하는 방식이기 때문에 원전의 열 및 전기를 모두 활용한 것이다. 그 결과, PEMEC 는 블루수소 수준 까지 생산비 하락이 가능하며, SOEC 의 경우, 현재 기술 수준에서도 수소 생산비가 $2.24~3.73/kg 정도밖에 되지 않는다. 이처럼 원전은 열과 전기 모두 활용 가능하기 때문에 각 시스템에서 수소 생산비를 낮추는 역할을 한다. 또한 탄소배출이 적어 전해조 기술이 크게 향상되기 전까지 수소 생산에 있어 원전 활용이 증가할 것으로 예상된다.
HEEP (Hydrogen Economy Evaluation Program)
AEC (Alkaline Electrolysis Cell, 알카라인)
PEMEC (Proton Exchange Membrane Electrolysis Cell, 고분자 전해질)
SOEC (Solid Oxide Electrolysis Cell, 고체 산화물)
블룸버그 NEF 에 따르면, 글로벌 수전해조 출하량은 2022 년 1.8~2.5GWh 로 2021 년 대비 4 배 이상 증가할 것으로 예상하고 있다. 특히, 중국이 전체 전해조 시장의 62~66%를 차지할 것으로 보인다. 그 동안 전해조 시장을 주도해왔던 EU 와 미국도 수요 성장이 가파를 것으로 기대된다. 유럽은 EU 자금 지원 및 국가 보조금에 따라 2022 년부터 전해조 건설이 대거 시작된다. 미국은 인프라 투자 및 고용을 위해 수소에 수십억 달러 투자를 준비 중에 있어, 2022 년 프로젝트 발표가 대거 이루어질 것으로 보인다. EU 는 태양광, 풍력 등 신재생에너지 발전 용량도 2030 년까지 현재의 3 배 이상으로 증가시킬 계획을 가지고 있다. 여기에 원전 재가동도 2023 년부터 시작되기 때문에 이를 바탕으로 전해조 수요의 가파른 증가에 이어 수소경제 조기 전환까지도 기대된다.
블룸버그 NEF (Bloomberg New Energy Finance, , BNEF, 블룸버그 뉴 에너지 파이낸스)
청정 에너지와 탄소시장 분야에 관한 독립적 분석, 데이터, 뉴스를 제공한다.
전해조 (電解槽)
전기 분해를 할 때에 전극과 전해액을 담는 용기.
인프라 (Infra, Infrastructure, 기반 시설, 기간 시설)
경제 활동의 기반을 형성하는 기초적인 시설과 시스템(fundamental facilities and systems)을 말하며, 도로나 하천, 항만, 공항 등과 같이 경제 활동에 밀접한 사회 자본을 말한다. 최근에는 학교나 병원, 공원과 같은 사회 복지, 생활환경 시설 등도 포함시킨다. 이 "인프라"는 범위를 확장하여, "결제 인프라", "배송 인프라"처럼, "기반"을 뜻하는 용어로 쓰이기도 한다.
전해조 중에서 PEMEC 와 SOEC 에 주목할 필요가 있다. 우선, PEMEC 는 스택 효율 및 수소 순도에 있어 가장 앞서 있으며, 자동차 연료전지부터 발전용 연료전지 등 다양한 생태계에 적용 가능하다. SOEC 는 아직 상용화 전이지만, 원전 활용 시, 경제성 확보에 가장 유리하며, 발전용 연료전지로 전환 시, 가장 효율이 높다.
Part VI. [수소 전략] PEMEC 에 주목
수전해조 Top Pick: NEL(OSE:NEL)
PEMEC, 상용화 전해조 중 가장 높은 효율
PEM(Polymer electrolyte membrane)이란 고분자 전해질막이라는 의미로, 촉매로 불소계 전해질막을 사용하는 방법이다. PEM 법 수전해 수소는 PEM 연료전지와 거의 유사한 구조이기 때문에 사용되는 소재가 수전해 시스템, 연료전지, 자동차 내 연료전지에 공통적으로 적용된다.
기본적인 원리는 PEM 시스템에 전압을 가하면, 물은 산소 전극으로 공급된다. 산소전극으로 공급된 물은 산소와 수소이온으로 산화되면서 전자를 방출한다. 그리고 수소이온은 불소계 멤브레인막을 통과해 수소전극으로 이동하게 된다. 이 후, 외부 회로를 통해 흐르고 있는 전자와 만나 수소로 환원되는 방법이다. 즉, PEM 법은 고분자 전해질막 즉, 불소계 멤브레인막을 이용하여 얇은 구조의 전해질 층을 형성, 수소 이온 전도도를 개선한 것이다. PEM 법은 작동온도 50~80℃으로 Alkaline(알카라인)법과 마찬가지로 저온형 시스템이다. 상용화 기준, 전류밀도 2~3A/cm-2 에 스택 효율 최대 68%, 시스템 효율 최대 60%다. 이론 효율로 보면, PEM 법은 94%로, Alkaline(알카라인)법 80% 대비 높다. 수소 발생압력은 현재 448bar 정도이기 때문에, 수소 중 수분함량을 거의 1/100 수준으로 낮출 수 있다. 또한 PEM 법은 수분 제거만으로 99.9~99.9999%의 고순도를 얻을 수 있다.
멤브레인 (Membrane)
중금속과 이온 성분, 미생물 등을 걸러내는 분리막이다.
이렇듯 PEM 법은 에너지효율이 여러 수전해 방식 대비 가장 높다. 특히, 전류밀도가 Alkaline(알카라인) 대비 약 5 배가 높기 때문에 PEM 셀 1 장은 Alkaline 셀 5 장과 같다. 이에 장치 소형화 및 유지보수가 용이하다. 다만, 불소계 Membrane 과 백금계 촉매가 비싸 유지비용이 많이 든다. PEMEC 에 원전을 사용하면, 상온에서 전기분해 효율을 더 높여주며, 기존 반응기에서 작동 온도 선까지 폐열 활용이 가능해진다. 이에 현재 상용화 중인 PEMEC 시스템 효율로 가장 높은 60%대 가정 시, 생산단가는 $4/kg 미만까지 낮아질 수 있다.
현재, 해외에서는 Hydrogenics(캐나다), ITM Power(영국), Siemens(독일), NEL(노르웨이) 등 일부 업체가 상용화에 성공하였으며, 시판에 들어간 사례 역시 존재한다. 다만, 국내는 아직 실증 단계에 머물러 있다. 이 중에서, NEL(노르웨이)은 낮은 비용으로 최대 효율이 가능한 PEM 전해조 기술을 보유하고 있다. 동사는 이미 알카라인 전해조에서는 글로벌 선두 기업이며, 미국 원전 프로젝트 최소 4 건 이상, 2023 년부터 러시아 발전소 프로젝트에는 동사의 PEM 전해조가 공급될 예정이다. 이처럼 동사의 두 가지 수전해 시스템은 기술 수준이 가장 높아, 글로벌 전해조 수요 성장의 최대 수혜 기업이라는 판단이다.
SOEC, 효율 잠재력 높으나 상용화는 아직
SOEC(Solid oxide electrolysis)는 다른 수전해 시스템 대비, 효율이 높으나, 아직 개발단계에 있다. 기본 원리는 고온의 수증기를 음극에 주입해 수소와 산소 이온으로 분해시키고, 이중 산소 이온은 고체산화물(solid oxide) 전해질을 통과해 양극에 산소가 생성된다. 이때 음극에서 발생한 수소를 정제하는 방식이다.
SOEC 는 알카라인, PEM 과는 여러 측면에서 차이가 있다. 첫째, 산소 이온 이동을 위해, 30~150μm 의 얇은 세라믹 전해질을 사용한다. 대표적인 고체 전해질은 YSZ(Yttria-stabilized zirconia)다. 이는 ZrO2 에 Y2O3 를 첨가해 상온에서도 안정하도록 만든 세라믹 소재다. 둘째, 고온을 활용하기 때문에 물은 수증기 형태로 공급된다. 셋째, 높은 생산 효율이다. 작동온도 800~1,000℃에서는 빠른 촉매반응으로 인한 높은 전류밀도로 인해, 과전압이 거의 없어, 효율이 거의 100%에 가깝다. 반응속도가 높기 때문에 촉매도 귀금속을 사용하지 않아도 된다.
YSZ (Yttria-stabilized zirconia, 이트리아 안정화 지르코니아)
산화지르코늄(지르코니아)에 산화이트륨(이트리아)을 첨가하여 상온에서도 안정하도록 만든 세라믹 재료이다. 지르코니아에 이트리아가 첨가됨으로써 Zr⁴⁺이온 중 일부가 Y³⁺로 대체된다. 이에따라 4개의 O²⁻ 이온 대신 3개의 O²⁻ 이온으로 대체되며 결과적으로 산소빈자리(oxygen vacancy)가 만들어진다. 이렇게 생성된 산소빈자리 때문에 이트리아 안정화 지르코니아는 O²⁻이온 전도성을 갖게 되며 온도가 높을수록 전도도가 좋아진다. 이러한 특징은 고온에서 동작하는 고체산화물 연료전지에서 유용하게 쓰인다.
다만, 고온으로 인해 재료 열화율이 떨어진다. 그리고 온도를 낮추면 이온 전도도가 감소한다. 따라서 상용화를 위해서는 작동온도를 조금 낮추어도 이온전도도를 개선할 수 있는 촉매 재료에 대한 연구, 고온 작동 시, 장기 내구성 확보가 가능한 소재에 대한 개발이 필수다. 특히, 원전 활용 시, 열과 전기를 모두 사용하기 때문에 미국 DOE 중심으로 PEM 생산비의 2/3 수준으로 수소를 생산하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
DOE (United States Department of Energy, 미국 에너지부)
미국 내각 수준의 미국 정부 부서로, 에너지 및 핵 안보에 대한 미국의 정책과 관련되어 있다. 핵무기 프로그램, 미국 해군을 위한 원자로 생산, 에너지 절약 에너지 관련 연구, 방사성 폐기물 처리, 미국 에너지 생산에 대한 일을 한다. DOE는 다른 미 연방 기관보다 기초 및 응용 과학 연구를 더 후원하기도 한다. 미국 에너지 장관이 이 부서를 관장하며 본사는 워싱턴 DC 서부에 위치해 있다.
22/03/14 이베스트증권 Analyst 이안나,나민식
마치며
윤석열 후보가 대통령에 당선되면서 탈원전 정책이 폐기될 수순으로 보고 관련해 유틸리티/비철/수소 관점에서 분석해주셨습니다. 원전 부활에 시장은 기대감을 보이고 있는데요. 그래도 현실적인 측면도 고려해봐야 할 것 같다는 생각이 드네요. 수혜주도 추천해주었으니 참고해보면 좋을 것 같습니다.
감사합니다. 오늘도 많이 배우고 갑니다.😊
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