[IRA] 미국 그린 수소 정책의 함정

IRA는 깨끗한 수소 산업의 발전을 약속하지만, 중요한 정책 위험이 있습니다.

 

인플레이션 감소법 (IRA)의 여러 조항 중 하나는 저탄소 수소 생산에 대한 보조금을 규정하는 45V입니다. 이러한 "녹색 수소"는 기존 수소 생산을 대체하여 거의 전세계 온실 가스 배출의 3%에 해당하는 배출량을 줄일 수 있습니다. 그러나 더 큰 잠재력은 운송 및 산업 분야에서 화석 연료에 대한 저탄소 대안으로서의 가능성이 있습니다.

 

IRA에서 제공하는 아낌없는 보조금은 1kg 당 최대 $3로 제한되며, 현재 천연가스로부터 생산되는 기존 수소의 시장 가격의 약 두 배에 해당하며, 예상되는 (하지만 매우 불확실한) 개선 률에 따라 순 생산비용을 음수로 만들 수 있을 만큼 충분히 큽니다. 에너지부의 생산 목표에 따라 산업이 이러한 목표를 달성할 경우, 보조금은 2030년까지 연간 $300억의 보조금을 초래하게 되며, 풍력, 태양광 및 전기차의 IRA 전 보조금을 합친 것보다 많아집니다.

 

문제는 수소 생산이 근시일 내에 화석 연료로부터 생성된 전기에 의존한다고 판명될 경우 배출량이 증가할 수 있다는 점입니다. 이는 수소의 탄소 발자국을 측정하는 것이 꽤 어려워서 가능한 일입니다. 자격을 결정하는 데 책임이 있는 재무부가 규정이 너무 헐거워진다면, 많은 사람들이 세금을 지불하여 공기의 수소 생산에 돈을 쓰게 될 것을 우려하고 있습니다.

 

45V가 마침내 IRA의 Solyndra (실패한 태양광 보조금 사업)가 되어 기후 정책에 반대하는 비판자들의 과장된 무기가 되고, 동시에 충분한 기후 변화론자들을 꺼리게 해서 수소가 환경 단체 내에서 핵전력과 함께 탄소 배출 경로로 분류되는 결과를 초래할 수 있다는 것을 상상하는 것은 어렵지 않습니다.

 

불행하게도, 세금 안내를 올바르게 하는 것은 중요하면서도 매우 어렵습니다. 그 이유를 알아보기 위해서는 먼저 녹색 수소가 무엇인지와 법률이 어떻게 작성되었는지 이해해야 합니다.

 

녹색 수소란 무엇인가요?

기존(회색) 수소는 천연가스를 통해 스팀 메탄 리포밍(SMR)을 통해 생산됩니다. 녹색 수소는 청정 전기에 의해 전해질 분해로부터 수소가 추출되는 경우입니다. (이 글에서는 전해질 분해에 초점을 맞출 것이지만, 자체 글을 할당할 충분한 이유가 있는 생분해 가스의 사용에 대한 또 다른 중요한 논쟁이 있습니다.)

 

수소가 전해질 분해에 의해 생성되었는지 알아내는 것은 간단하지만, 그것을 생성한 전력에 배출량을 할당하는 것은 어렵습니다.

 

IRA는 수소 생산 과정을 명시하지 않고, 수소 생산 당 탄소 배출량을 기반으로 하는 보조금 계층을 규정합니다. 1kg 수소 당 탄소 배출량이 0.45kg 이하로 유발되어야만 1kg 당 최대 $3의 생산 보조금을 받을 수 있습니다. 이는 현재 수소 생산의 거의 대부분인 SMR에 비해 95%의 적용 감소를 의미합니다. (다른 중간값과 함께 1kg 수소 당 탄소 배출량이 4kg 이하인 생산에 대해 $0.6/kg의 보조금으로 끝나는 상당한 보조금 계층이 있습니다.)

전기 분해는 에너지를 많이 소비하기 때문에 kWh 당 적은 배출량도 탄소 배출이 많을 수 있습니다. 에너지 혁신에서 진행한 연구에 따르면, 화석 연료로 구동되는 전기 분해 방식으로 생산된 수소의 배출율을 정책 기준과 SMR과 비교한 차트를 보여줍니다. 최고 수준의 효율을 가진 천연가스 발전소로 구동되는 전기 분해는, $3/kg의 세금 인하 목표보다 약 30배 더 많은 배출을 일으킬 것이며, 석탄으로 구동되는 전기 분해는 표준에 비해 쉽게 100배 이상의 배출을 만들어냅니다. SMR에서 화석 연료로 구동되는 전기 분해로 전환하면 배출량이 크게 증가합니다.

 

주요 함의는 수소 공장으로 전달되는 전력의 작은 부분이라도 화석 연료 발전에 연결된 경우, 배출율이 $3/kg 기준을 벗어나게 될 것이며, 화석 연료 발전의 적절한 사용으로 인해 전기 분해한 H2는 기존 SMR보다 더러울 수 있습니다. 이로 인해 정확한 회계 체계를 확립하는 것이 중요합니다.

 

그렇다면 우리는 어떻게 수소가 깨끗한지 결정할까요?

전력망에서 전력을 사용하는 모든 수소 시설은 깨끗한 전력에서 운영되고 있는지를 증명하기 위해 어떤 회계 방법을 사용해야 합니다. 이를 위한 대안 중 하나는 시설이 소비량을 커버하기 위해 매년 재생 에너지 인증서(RECs) 또는 전력 구매 계약(PPAs)을 보유해야 하는 것입니다. 이 방법의 문제는 RECs와 PPAs가 종종 재배치만 하기 때문에 실제로 수소 수요로 인해 새로운 재생 에너지가 도입되었음을 보장하지 않는다는 점입니다. 매년 매칭 기준을 사용하면 "탄소 세탁"의 형태로 쉽게 이어질 수 있으며, 이는 천연가스를 직접 SMR을 통해 수소를 생산하는 대신 천연가스로 전기를 생산하여 전해기에 공급하고 REC 종이 계약을 구매하여 전기 및 수소가 친환경임을 인증하는 것입니다. 배출량이 증가하고 생산자는 세금을 공제 받게 됩니다.

 

보다 엄격한 기준을 주장하는 사람들은 신규 건설의 "세 가지 원칙"(종종 "추가성"이라고 오해되는)에 초점을 맞추고 있습니다. 즉, 이 규칙들은 프로젝트가 새로운, 그리드의 동일한 부분에 위치한, 연간 모든 시간의 소비를 커버하는 시간별 인증서를 기반으로 하는 재생 에너지를 계약할 수 있는 능력을 요구합니다.

 

여러 분석(여기에서 논의)은 $3/kg의 보조금이 매우 관대하므로, 이러한 기준을 충족하는 수소는 오늘날 회색 수소와 경쟁력 있는 비용을 갖는다고 결론 내렸습니다. 결과적으로, 많은 환경 단체들이 재무부에 엄격한 자격 기준을 적용할 것을 촉구하고, 이렇게 하면 비상식적인 결과를 피하면서 산업을 억누르지 않을 것이라 주장합니다. 이것이 옳은 방향이 될 수 있지만, 불행하게도 세 가지 원칙으로도 탄소 계산 문제를 완전히 해결할 수는 없습니다.

 

보조금의 문제점

경제학자에게는 이 모든 것이 당근(보조금)을 주된 정책 수단으로 사용하는 대신 막대기(배출 가격 책정)를 사용하는 데 따르는 위험을 강조합니다. 수소 프로젝트와 관련된 재생 에너지 생산의 추가성을 명확히 증명하는 것은 불가능하며, 따라서 특정 프로젝트가 어디에서든지 배출을 증가시키지 않았음을 증명할 수 없습니다. 추가성은 대조적 사실을 관찰하는 것을 요구합니다. 대조적 사실은 정의상 발생하지 않은 일이기 때문에 관찰하기 어렵습니다. 전체 복잡한 전기 그리드에서 프로젝트와 관련하여 배출이 증가했는지 여부를 알기 위해서는 프로젝트(관찰 가능)와 프로젝트 없는 그리드의 배출(관찰 불가능-모델이나 가정에 기반해야 함)을 측정하고 비교해야 합니다.

 

이 문제가 얼마나 정말로 어려운지 알아보기 위해, 텍사스에 제안된 발전과 같은 최상의 시나리오를 고려해보십시오. 이 발전소는 1년에 73,000톤의 H2를 생산할 수 있는 수소 시설을 건설하고, 이 시설을 지원하기 위해 1.4GW의 풍력 및 태양열 용량을 결합하여 발전 시간에 그리드에 깨끗한 전력을 판매할 계획입니다. 이 한 발전소는 45V와 재생 에너지 인증서 양쪽에서 수십억 달러의 보조금을 받을 수 있습니다.

 

대부분은 이것을 확실한 승리로 여깁니다-분명히 이 발전소는 (건물 재료의 수명 주기 배출을 넘어서는) 어떠한 새로운 배출도 만들지 않습니다. 하지만 이것이 사실일 필요는 없습니다. 이것이 풍력 또는 태양 에너지 발전에 적합한 위치였다면, 이러한 재생 에너지는 수소 시설 없이도 그리드에서 다른 용도로 사용될 수 있었을 것입니다. 이 경우 수소 발전소는 깨끗한 전력의 다른 응용 분야를 방해하고, 암묵적으로 화석 연료 발전에 대한 수요를 증가시킵니다. 또한 연결 대기열과 전송 병목 현상을 고려하면, 수소 발전소만을 지원하기 위해 그리드에 재생 에너지를 추가하는 것은 다른 풍력 또는 태양 에너지 자원의 가입 또는 지연을 방지하거나 지연시킬 수 있습니다.

 

에너지 시스템 모델러들은 기존 발전 구성과 진출, 진입을 고려하여 대조 사례를 추정하기 위해 노력해왔습니다. 하지만 이러한 모델은 상당한 불확실성을 가지고 있으며, 재무부는 모든 공장에 대해 이러한 모델을 실행할 수 없습니다. 대신 더 일반적인 규칙을 발표할 것입니다. 이와는 달리 배출 가격 책정을 사용할 때 산업에게 올바른 인센티브를 제공하기 위해 필요한 것은 실제로 발생한 일을 관찰하는 것뿐입니다. 대조 사실을 모델링할 필요는 없습니다. 이것은 보조금을 사용하는 것에 비해 배출 가격 책정의 큰 장점입니다.

 

보조금의 또 다른 문제는 그 자체로는 수소를 가장 오염을 많이 줄이는 용도로 사용하도록 이동시키지 않는 것입니다. 현재 철강, 시멘트, 배송 및 트럭을 위한 깨끗한 수소 수요는 자발적인 탄소 저감에 대한 흩어진 관심과 지리적으로 분산된 정책으로 인해 발생하고 있습니다. 우리가 수소가 올바른 용도로 사용되도록 하려면, 선별된 정책의 추가 라운드가 필요합니다. 이는 선거 정치의 영향을 받기 때문에 매우 어려운 과제입니다. 게다가, 우리가 보조금과 별도의 규정에 의존하면, 부문 간 감소 비용을 조화시키기 어려울 것입니다. 이에 반해, 탄소 배출에 대한 포괄적인 가격 정책은 회색 대신 녹색(또는 청색) 수소로 생산자를 기울이고, 산업 및 교통 분야에서 수소 수요가 대체 감소 비용이 가장 비싼 곳에 가장 강력하게 집중되도록 보장합니다.*

이미지는 수소가 오늘날 어디에 사용되는지를 보여줍니다. 깨끗한 수소는 기존 수소를 대체하고 이러한 분야에서 배출을 줄일 수 있거나 새로운 산업 및 교통 응용 분야에서 사용될 수 있습니다. 이미지 출처: [Breakthrough Energy] 

 

오늘과 미래를 위한 교훈

45V에 대한 오늘의 질문에 대해 어떻게 결론을 내릴까요? 일부는 재무부의 엄격한 규칙이 수소를 불공평하게 특정하고 있다고 주장합니다. 결국, 다른 친환경 보조금도 배출을 더욱 증가시킬 수 있는 역설적인 결과를 가져올 수 있습니다. 전기자동차 (일명 "외연연소 엔진")는 충분히 더러운 전력망에서 전력을 공급받으면 배출을 증가시킬 수 있으며, 열 펌프는 충분한 냉매 유출이 있는 경우 배출을 증가시킬 수 있습니다. 여기서의 핵심 차이점은 역설적인 결과가 친환경 수소에 대해 더욱 가능성이 있다는 것입니다.

 

게다가, $3/kg의 보조금은 직접적인 탄소 저감 활동만으로 정당화될 수 없습니다. $200의 사회적 탄소 비용을 사용하더라도 마찬가지입니다. 보조금은 지식의 생성에 의해 정당화될 수 있으며, 지금 빠른 채택은 산업을 학습 곡선의 달성으로 밀어낼 수 있습니다 (그러나 그런다해도 IRA 정책 창이 너무 길 수 있음을 고려해야 합니다). 우리가 수소 생산업체로 하고 싶은 일의 일부는 재생에너지 공급과 조화롭게 간헐적으로 운영할 수 있는 발전소를 설계하는 방법과 가능한 한 신뢰성 있게 그들이 친환경임을 증명하는 방법을 배우는 것입니다. 더 엄격한 자격 요건이 이러한 목표로 더 가까이 이동시킨다면 장기적으로는 좋은 아이디어일 것입니다.

 

이 도전이 가지는 보다 광범위한 교훈은 무엇일까요? 학계에서 탄소 배출 저감을 위한 정책을 설계하는 가장 좋은 방법에 대한 건전한 논쟁이 진행 중입니다. 경제학자들은 대부분 오염에 대한 가격을 부과하는 정책을 선호하며, 정치과학자 및 기타 분석가들 중 많은 사람들은 정치경제학적인 이유로 보조금이나 산업정책을 선호합니다. 인플레이션 감소법은 사실상 보조금의 거대한 플로틸라로 논의를 해결한 것으로 간주됩니다. 오랫동안 오염을 가격화하는 정책을 통과시키기 위해 허망하게 시간을 보내면서 보조금과 산업정책 접근 방식의 완전한 수용이 역사적인 법안으로 이어졌습니다.

 

이것이 사실일 수 있으며, 관대한 보조금이 친환경 수소 산업을 빠르게 확대하는 가장 좋은 방법일 수 있습니다. 그러나 보조금에 의존하는 것은 정책 결정자와 분석가들이 알아야 할 일련의 도전과 과제를 야기합니다.

 

 

제안된 인용: Sallee, James, "Singing the Green Hydrogen Blues?", 에너지 연구소 블로그, UC 버클리, 2023년 9월 18일, https://energyathaas.wordpress.com/2023/09/18/singing-the-green-hydrogen-blues/

 

James Sallee는 UC 버클리의 농업 및 자원 경제학 부서 교수이자 에너지 연구소 (Energy Institute at Haas)의 교수 연구원 및 국립 경제 연구소 (National Bureau of Economic Research)의 교수 연구원입니다. 2015년 UC 버클리에 합류하기 전에 Sallee는 시카고 대학교 해리스 공공 정책 학교에서 조교수였습니다. Sallee는 에너지, 환경 및 과세와 관련된 주제를 연구하는 공공 경제학자입니다. 그의 많은 연구는 자동차 사용과 관련된 온실 가스 배출을 완화하기 위한 정책을 평가합니다. Sallee는 2008년 미시간 대학교에서 경제학 박사 학위를 받았습니다. 또한 맥알리스터 대학교에서 경제학과 정치학 학사 학위를 취득했습니다.