[ 메가트렌드 시리즈 1 ] 머스크형은 '수소'가 싫다고 하셨어... "수소 테마"

빨간색은 제목 / 파란색은 강조할 내용 / 초록색은 개인적인 생각
본 글은 기업 소개에 앞서 산업 및 테마에 대한 설명을 위해 작성한 글입니다. 객관적인 수치와 디테일한 팩트를 근거로 설명할 수 있겠지만 시간이 많이 들더라구요.... 그보단 이 테마가 왜 핫하고 어떤 히스토리를 가졌는지를 설명하기 위함이니 전체적인 흐름과 흥미 차원에서 읽어주시면 감사하겠습니다.

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일론 머스크 트윗

전기차의 글로벌 선두주자인 테슬라 CEO 일론 머스크는 수소차와 관련해서 많은 발언들을 해왔는데요. 수소를 연료로 사용하는 연료전지(Fuel Cell)를 fool sells라고 놀리거나 수소차를 "Bullsh*t"이라고 말하며 수소차는 멍청한 기술이라고 말했습니다. 그에게도 확실히 논리가 있는데요. 그 부분은 뒤에서 알아보도록 하고 이번 글에서는 글로벌 메가트렌드인 "친환경 에너지" 중 수소산업에 대해 알아보고자 합니다.

탈탄소. 모든 친환경 에너지의 시발점

모두가 알고 있듯, 지구온난화로 인해 지구촌에 여러가지 문제들이 발생하고 있습니다. 북극의 빙하가 녹고, 엘니뇨 라니뇨와 같은 이상기후의 출현, 계절에 맞지 않는 눈, 건조한 날씨로 인한 대형 산불이 그 예입니다. 이런 자연재해들은 도의적으로 해결해야 할 문제일뿐더러 인간의 힘으로 해결되지 않기에 국가 입장에선 예측할 수 없고, 해결할 수 없는 리스크 요인이 됩니다. 그래서 각 국가들은 이 문제의 가장 큰 주범인 '탄소'로부터 벗어나 1) 지구온난화로 비롯된 리스크를 막고 2) 지구를 위한 친환경적인 움직임이라는 이미지를 동시에 가져가고자 하고 있습니다. 글로벌 국가들의 탄소 중립(Net-Zero) 선언은 모두 이런 배경에서 시작되었습니다. EU와 미국을 시작으로 중국, 한국, 일본 등 마치 하나의 트렌드처럼 퍼져나가게 되었습니다. 국가가 나서서 정책을 밀어붙이다 보니 기업은 따를 수 밖에 없고 기업이 해당 방향으로 움직인다는 것은 곧 돈이, 아니 투자 포인트가 된다는 점이죠.

뉴스 헤드라인 

 

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탄소중립(Net-Zero)는 어떻게 이루는가?

탄소중립은 쉽게 말해 탄소배출을 '0'으로 만든다는 것입니다. 그러면 탄소는 어디서 어떻게 배출되는 걸까요? 탄소배출은 다양한 산업에서 배출되는데, 대표적으로 전력을 만들기 위한 발전(석탄) / 철강 제조 / 석유화학 처리 / 시멘트 / 정유 등 우리 일상생활에 필요한 대부분 산업에서 발생합니다. 그러니 이 산업들에서 공정 과정을 바꿔서 탄소 배출을 '0'으로 만들면 됩니다. 매우 심플하죠?

사실 하나도 안 심플합니다. 기존 공정과정을 친환경적으로 바꾸기만 하면 되는데 그게 너무나도 어렵습니다. 특히, 경제성을 갖추면서 하기가 말이죠. 여기서 핵심은 '경제성'입니다. 친환경 방식으로 바꾸기도 힘들지만, 바꾼다고 하더라도 기존의 가격을 맞추기가 힘든 상황입니다. 만약 강제로 하게 되면 우리가 입고, 타고, 쓰는 모든 것들의 가격이 천정부지로 올라갈테니까요. 

하지만 탄소중립은 멈출수 없는 흐름이기 때문에 각 분야에서 다양한 해결책들을 제시하고 있는데요. 가장 큰 비중을 차지하는 에너지 발전의 경우 친환경에너지가 그 대체제로 부상하고 있습니다. 우리가 흔히 알고 있는 태양광 / 풍력 / 수소 / 원자력 등이 그 예입니다. 결론은 Net-Zero에 필요한 가장 중요한 요소는 "친환경 에너지"라고 볼 수 있겠습니다. 이 부분이 먼저 선행되면서 다른 철강, 화학, 정유 부분은 공법을 변경하거나 생산법을 혁신하는 등 다른 방법들이 따라올 것입니다.

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그러면 다양한 친환경 에너지 중 '수소'는 왜 떴을까 ?

친환경 에너지의 선두주자로 손꼽히는 태양광과 풍력 에너지에는 치명적인 단점이 있는데요. 바로 '일관성'입니다. 태양광은 태양이 떠 있을 때 생산이 가능하기 때문에 날씨가 흐리거나, 밤에는 생산이 어렵습니다. 또한, 풍력은 바람이 불지 않으면 생산이 어렵죠. 에너지 생산이 날씨에 의존되어 있기 때문에 일관성 있는 에너지 생산이 어려운거죠. 반면 우리의 에너지 소비는 일정한 패턴을 보입니다. 따라서 에너지 사용자는 꾸준한 소비가 필요한데 공급이 들쭉날쭉한 경우가 생기게 됩니다. 그래서 공급과 수요에 괴리가 생기게 되고, 이 격차가 심해질 경우 바로 전력난이 발생할 수 있습니다. 실제로, 최근 영국에서 바람이 적게 불어서 풍력 에너지의 공급 부족이 천연가스의 가격 폭등으로 이어진 사건이 있는데요. 다 같은 맥락입니다.

따라서, 친환경 에너지의 단점인 '일관성'을 보완해줄 해결책이 나오게 되는데요. 바로 'ESS'와 '수소'입니다. 에너지 생산량이 많을 때 전기를 많이 만들어두어 나중에 전기 생산이 어려울 때 꺼내 쓰는 도시락 같은 개념입니다. 여기서 중요한 차이점은 ESS는 전기를 그대로 저장하는 것이고, 수소는 전기를 수소로 전환해서 저장하는 것입니다. 그리고 전기가 필요할 때 수소를 꺼내서 전기로 전환시켜 필요한 전력 수요를 충당하는 프로세스입니다. 여기서 의문점이 하나 드셔야 합니다.

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전기를 전기로 저장하는 ESS를 내버려두고 왜 수소를 써야하지..?

이 부분이 수소 찬성론자와 수소 반대론자들이 가장 격렬하게 부딪치는 지점입니다. "친환경으로 전기 에너지를 만들었으면 전기로 저장해서 필요할 때 꺼내 쓰면 되잖아!"라는 지극히 상식적인 의견이 생깁니다. 문제는 경제성입니다. 현재 ESS의 기술로는 경제성을 보장하면서 많은 양의 에너지를 장기간 온전히 보존하는 게 쉽지 않습니다. 저장 기간이 길어질수록 유지 비용이 늘어나며 ESS에서 전력 손실도 생기고 예상치 못한 화제가 나기도 합니다. 그래서 이 분야를 해결하고자 다양한 방법(전력 거래 시스템 등)이 연구 및 실험되고 있습니다. 

반대로 수소는 ESS에 비해 많은 양의 에너지를 장기간 보존하는데 장점이 있습니다. 다만, 역시 한계점이 있죠. 바로 에너지 손실 부분입니다. 최초의 전기를 수소로 변환하고, 변환된 수소를 다시 전기로 변환하니 이 과정에서 에너지가 소실된다는 것입니다. 태양광이나 풍력을 통해 생산한 100의 전기를 수소로 만들어 다시 전기로 변환시키면 80의 전기가 되는 프로세스인 것이죠. 그래서 "이게 과연 의미가 있는 저장이냐?"라는 얘기가 나오는 것이죠. 역시 수소 기업들은 이런 한계점을 해결하기 위해 효율성과 시스템을 높이기 위해 연구와 각종 실험들이 진행되고 있습니다.

제가 공부한 결과 두 가지 입장 모두 일리가 있는 말입니다. 그래서 ESS와 수소 둘 다 함께 발전할 것으로 보입니다. 어느 한 방법이 모든 시장을 잠식하는 그런 결과는 나올 것 같지는 않을 것 같다는 것이 제 결론입니다. 실제로 세계 정부의 정책적 지원금과 각종 연구를 봐도 ESS와 수소 모두 함께 발전하고 있습니다. 개인적인 생각으로는, 가정용 같은 곳은 ESS가 사용될 것 같고 상업용 혹은 대규모 단지의 크기는 수소로 발전하지 않을까 싶습니다.

손실되는 전기의 양은 어디로...?

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수소 기본 상식 : 수소의 종류

수소의 당위성에 대해 이해가 되었다면, 수소의 기본적인 상식을 알아볼 필요가 있겠습니다. 
먼저 수소는 크게 3종류로 그레이 / 블루 / 그린 수소로 나뉩니다. 그레이에서 그린으로 갈수록 더 친환경적이고 탄소중립을 달성하는데 필요한 수소라고 보시면 됩니다. 주로 수소를 생산하는 방식에 따라 분류가 되는데요(수소를 만들어서 전기로 만들거니까 !)

현재 수소의 90% 이상은 그레이수소로 이루어져 있습니다. 하지만 그레이 수소는 사실상 탄소를 배출하는 것이기 때문에 탄소중립에는 기여를 하지 않게 되죠. 없어져야 할 방법입니다. 탄소 배출의 단점을 해결하기 위해 나온 것이 블루수소입니다. 배출되는 이산화탄소를 공기로 흘려보내지 않고 따로 포집하여 저장하고 다른 곳에 사용하는 CCS(Carbon Capture Storage) 기술을 이용하는 것이죠. 탄소가 생기긴 하지만 배출은 되지 않으므로 친환경적인 의미가 성립이 됩니다. 물론, 여기도 문제가 있습니다. "포집해서 저장한 탄소를 어떻게 처리하지...?" 라는 것이죠. 그래서 이 탄소를 활용하는 방안인 CCUS(Carbon Capture Utilize Storage) 기술도 각광을 받고 있습니다. 

철강, 화학, 정유 등 대규모의 공장 시스템을 운영하는 기업들이 한순간에 탄소를 배출하지 않는 공정으로 바꾸는 건 거의 불가능에 가깝습니다. 시간도 오래 걸릴 것이고요. 어쩔 수 없이 발생되는 탄소를 포집하여 처리하면서 친환경적인 방법을 맞추고 먼 미래에 탄소 자체가 발생하지 않거나 저탄소 공정을 개발하고 있는 중입니다.

출처 : 포스코

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제일 중요한 수소 밸류체인 

어느 산업이든 투자자의 입장에서 가장 중요한 건 산업 밸류체인이라고 생각합니다. 밸류체인 내 독보적인 지위를 가졌거나 대체 불가능한 기업이 있다면, 산업 성장성이 밑바탕 된 상황 속에서 가장 높은 수혜를 볼 수밖에 없기 때문입니다. 우리가 반도체 산업 내 ASML을 높게 치는 이유와도 동일합니다. 그러니 이 부분을 깊게 공부하여 차별화되는 기업을 발굴해내는 점이 가장 중요하다고 볼 수 있습니다. 

출처 : IRENA, 나

먼저 생산단계입니다.
위에서 말했듯, 궁극적으로 우리는 그린 수소를 향해 가야하기 때문에 태양광, 풍력 등 신재생 에너지로부터 전기가 생산되면 '전해조(Electrolysis)'를 통해 전기 -> 수소로 만들어줍니다. 1) 그렇다면 전기를 수소로 바꾸는 전해조에 관련된 기술 혹은 관련 기업들이 누가 있을까?라는 질문이 필요한 시점입니다. 
=> '전해조'의 경우 최근 많은 기업들이 실증 연구 및 상용화 작업을 진행 중인 부분입니다. 제일 중요한 건 효율인데 재생에너지를 수소로 만들 때, 얼마 정도의 손실을 내고 전환하는가? 가 핵심입니다. 전해조의 경우는 연료전지와 반대 개념인데, 수소 연료전지에 특화된 기업들이 전해조도 뛰어들고 있는 상황입니다. 미국의 플러그 파워, 블룸에너지나 유럽의 세레스 파워 같은 기업들이 있습니다.

이렇게 전기를 수소로 변환하였으면, 수소를 필요로 하는 곳으로운송해야 합니다. 다양한 방법으로 수소를 가공하여(액체, 기체 등..) 트럭과 같은 이동수단으로 수소를 나르는 방법이 있습니다. 또는, 천연가스처럼 파이프라인을 설치하여 수소를 보내는 방법도 있습니다. 그래서 인프라와 관련해선 생산된 수소를 저장, 운송하는 기능이 필요하고 향후 수소차와 연결하여 수소 주유소가 필요합니다. 2) 마찬가지로 인프라와 관련된 기업들은 누가 있고 어떤 역량이 키 포인트일까? 라는 질문이 필요한 시점입니다.
=> 인프라의 경우 대기업들이 장악하고 있습니다. 린데, 에어리퀴드, 에어프러덕츠 같은 기존 파이프라인 인프라를 보유한 대기업들이 유리하기 때문입니다. 테크 기업들이 미국 혹은 유럽 지역에 긴 송유관을 설치하는 게 거의 불가능하기 때문입니다.

마지막으로 저장, 운송, 충전된 수소를 사용하는 전방산업입니다. 가장 성장성이 높게 예상되는 곳은 수소 모빌리티입니다. 수소차를 비롯해 수소트럭 및 버스, 수소 선박, 수소 항공기 등이 그 예입니다. 이외에 건물의 난방과 예비 전력, 산업 공장 내 전력, 전력 생산 시스템 등이 있습니다. 3) 여기서는 연료전지(Fuel Cell)라는 개념이 들어오는데, 어떤 기업 기술력이 중요하고 어떤 기업이 있을까? 질문이 필요합니다.
=> 연료전지는 다방면에 쓰입니다. 차량용, 지게차용, 트럭 및 버스용, 선박 및 비행기용, 건물용, 백업 전력용, 난방용 등 그 쓰임새가 다릅니다. 그리고 그 쓰임새에 적합한 연료전지 기술력이 다른 상황입니다. 이에 따라 기업들도 매우 중구난방으로 되어 있습니다. 이 부분은 뒤에 있는 수소 기술 파트를 알고 나면 이해가 수월합니다.

어쨌든, 위 3가지에 대한 질문은 산업과 기업 공부를 같이 하며 찾아나가야 합니다.

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수소 기술 : 기술적 우위가 아닌 사용 목적에 따른 분류

제일 재미없는 부분이면서도 제일 중요한 부분입니다. 
먼저 PEM 방식입니다. 수소 산업의 가장 많은 파이를 차지할 것으로 예상되는 기술입니다.
왜냐하면 수소차, 수소지게차 및 트럭 등 가장 높은 성장률이 예상되는 모빌리티 시장에 적합한 기술이기 때문입니다. 
촉매제가 비싸다는 단점이 있긴 하지만, 기사와 레포트를 읽어보면 이 기술이 중심이 될 것이라는 예상이 지배적입니다. 실제로 아마존 물류창고의 지게차에 수소 연료전지를 납품하는 플러그파워의 경우 PEM 방식을 사용 중입니다.

다음으로는, SOFC 방식입니다. 
SOFC는 500~1000도의 고온이고 연료전지의 출력량이 최대 2MW로 다른 방식에 비해 대규모 발전에 적합합니다.
효율성이 장점이고 천연가스와 같은 타 에너지와 믹스가 가능하기 때문에 전력 발전, 백업용 전력, 공장 및 상업 건물에 이용될 가능성이 높습니다. 워낙 고온이고 셋업 시간이 오래 걸려 차량용에는 어렵지만 선박이나 비행기와 같은 방식에는 잘 어울린다고 합니다. 다만, 기술적으로 어려운 방식이기 때문에 PEM에 비해 상용화가 덜 된 점이 있습니다. 현재는 시범운영과 소규모의 실용화 정도로 이어지고 있습니다. 대표기업은 블룸에너지와 세레스파워가 있습니다.

추가적으로 다른 방법이 있는데, 수소 산업 내에서 의미 있게 바라볼 필요는 없어 보여서 설명은 생략하겠습니다.
결론적으로, 수소 산업 내 기업마다 사용하는 기술이 다른데, 기술의 특징이 다르다 보니 타겟팅하는 시장이 다릅니다. 이런 점을 고려하여 무지성 수소 투자가 아니라 정확히 어떤 비전을 보고 있는지 이해하고 투자를 해야 좋습니다.

만약 수소 모빌리티가 빵 뜬다면 플러그파워나 국내 수소 연료전지 부품 기업들이 혜택을 볼 것입니다.
이런 상황 속에서 다른 시장을 타겟으로 하는 기업들에 투자해놓고 왜 안 오르지? 하면 안 된다는 뜻이죠.
반대로, 왜 내 것만 떨어지지? 도 마찬가지입니다. 산업은 같아도 기업은 엄연히 다릅니다.
(물론 산업 전반의 성장이 생기면서 다 같이 오르내리는 것도 맞습니다 !)

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수소 관련 기업과 ETF를 통한 종목 스크리닝

수소 산업 전반에 대한 이해가 되었다면, 이제 어떤 플레이어들이 있는지 알아봐야 합니다.
제가 즐겨 쓰는 방법은 테마 ETF 여러 개를 찾아서 공통적으로 들어가 있는 주식을 찾는 것인데요.
실제로 미국에 상장되어있는 수소 ETF 3개(HYDR, HJEN, HDRO)를 참고해보았습니다.
수소 ETF가 더 있어서 다른 ETF를 참고해봐도 충분히 도움이 됩니다.

보시다시피 PLUG, BE, BLDP, FCEL은 3개 ETF에 Top 10으로 들어간 종목입니다.
이외에 세레스 파워나 ITM 파워와 같은 유럽 지역 강자도 있고 Linde나 Nel처럼 수소 생산 특화 대기업들도 포진되어 있습니다. 제일 중요한 건 해당 기업들이 벨류체인 상 어느 포지션에 위치해있고 기술적으로 어떤 우위에 있는지 위주로 공부를 해야 합니다. 그래야 어떤 종목이 제일 좋고, 반도체 업계의 ASML 같은 대체 불가한 주식이 될 것인가를 알 수 있겠죠. 물론, 그런 주식이 없을 수 있습니다. 그래도 괜찮습니다. 알고 투자하는 것과 모르고 투자하는 건 장기적으로 큰 차이가 있으니까요.

그리고 위 그림은 ETF의 TOP 10이라서 그런 것이지 전체 Holdings 기준으로 보면 거의 종목 리스트는 유사합니다. 중요한 건 비중의 차이죠. 그래서 상위 비중에 어떤 종목이 있는지 유심히 보는 편이고, 그 기업들이 이제 어떤 기업인지 자세히 공부를 시작합니다.

맨땅에 헤딩할 시간을 공개된 정보를 통해 많이 줄일 수 있게 된 거죠. 
공부하다가 도저히 모르겠다 싶으면 테마 ETF를 사는 것도 좋은 방안입니다. 다만, 위 3개 ETF의 종목과 비중이 모두 다르기 때문에 동일 테마 ETF라도 어떤 ETF를 살지는 안에 담긴 종목과 비중을 확인하고 사는 것이 좋겠습니다.

수소 종목에 대한 공부는 따로 포스팅을 올릴 만큼 자세히 해야 하기 때문에 산업 관련 글은 여기서 마치겠습니다.
수소에 관심이 있는 분들에게 도움이 되었으면 좋겠고, 이번 글에서 다루지 않는 수소 산업 내용도 많이 있기 때문에 천천히 공유드리도록 하겠습니다. 

 

P.S) 저희 2Ants가 '탱고픽'이라는 투자앱에서 인플루언서로 글을 올리고 있습니다. 티스토리와 마찬가지로 기업/산업/경제 분석 글을 작성합니다. 티스토리와 약간 다른 점은 탱고픽에서 저희의 실시간 포트폴리오(종목과 비중)를 확인할 수 있다는 점입니다(12/01일자 start).

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