수소도시

왜 배우는가: 수소도시는 탄소중립과 에너지 전환을 도시 공간에서 실현하는 대표 수단이어서 도시계획기술사가 기반시설 계획과 연계해 이해해야 하는 개념이다. 최근 정부의 수소도시 조성사업과 지자체 조례가 늘면서 정책 문항으로 반복 출제되고 있다. 개념의 정의, 조성 배경, 사업 구성을 한 번에 정리해야 답안 구성이 쉬워진다.

출제 이력: 제133회 3교시 2번, 제121회 1교시 7번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

수소도시는 주거·교통 등 시민 생활과 산업 전반에 수소를 주요 에너지원으로 활용하는 도시다.

수소도시는 수소경제를 도시 공간에서 구현하는 방식이다. 생산, 저장, 수송, 소비가 한 도시 안에서 연결되는 것이 핵심이다. 답안에서는 정의 뒤에 조성 목적과 적용 분야를 덧붙인다. 수소도시는 수소 생산 공장이나 충전소 한 곳을 뜻하지 않는다. 여러 시설이 묶여 하나의 도시 에너지 체계를 이루는 것을 뜻한다.

핵심 키워드

• 수소경제: 수소의 생산·저장·공급·활용이 경제 구조 전반을 바꾸는 체계다.
• 부생수소: 석유화학 공정 등에서 부산물로 나오는 수소다.
• 연료전지: 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기와 열을 만드는 설비다.
• 수소 배관망: 생산지에서 도심까지 수소를 수송하는 지하 배관 체계다.
• 수소 직공급: 수소를 수소충전소에 생산지에서 직접 공급하는 방식이다.
• 수소 안전관리: 수소 설비의 설치와 운영 안전을 확보하는 관리 체계다.
• 수소 모빌리티: 수소차와 수소 트랙터처럼 수소를 연료로 쓰는 운송수단이다.

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 도시가 전기, 열, 연료를 수소로 얻고 쓰는 도시다. 전기와 열을 만드는 연료전지, 수소를 나르는 배관, 수소차 충전소가 한 도시 안에 함께 놓인다. 도시 전체가 하나의 에너지 시스템으로 움직이는 구조다.

정식 정의는 지방자치단체 조례의 예를 따른다. 남양주시 수소도시 조성과 수소산업 육성·지원에 관한 조례 제2조는 수소도시를 주거·교통 등 다양한 시민 생활분야와 산업분야에 수소를 주요 에너지원으로 활용하는 도시로 정의한다. 이 정의는 수소를 보조 연료가 아니라 주요 에너지원으로 본다는 점에서 의미가 크다.

수소도시의 공간 단위는 도시 전체가 아니라 생산지와 수요지를 잇는 권역이다. 석유화학단지처럼 부생수소가 많이 나오는 곳에서 도심까지 배관을 깔면 수소 공급 거리가 짧아진다. 울산 수소시범도시는 석유화학단지에서 나오는 부생수소를 도심까지 잇는 지하 배관을 깐 사례다. 2024년 10월 기준 지하 배관은 188km 깔렸다.

수소도시 조성사업의 핵심 용어는 수소도시 조성사업과 수소 배관망이다. 수소도시 조성사업은 도시 단위에서 생산, 공급, 활용 기반을 한꺼번에 만드는 사업이다. 수소 배관망은 생산지와 수요지를 잇는 수송 인프라로, 도시 기반시설과 같이 계획해야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

첫째, 탄소중립 정책이다. 화석연료 중심의 에너지 체계를 줄이려면 연소 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않는 에너지원이 필요하다. 수소는 이 요구에 맞는 대안으로 거론된다. 도시는 에너지 소비가 집중된 곳이라 감축 효과도 크다.

둘째, 에너지 수입 의존 구조를 줄이는 것이다. 수소를 국내에서 생산하고 소비하면 에너지 공급을 안정시키는 효과가 있다. 수소를 부생수소와 재생에너지 기반으로 만들면 수입 연료 비중을 낮출 수 있다.

셋째, 부생수소의 활용이다. 석유화학, 철강 등 산업 공정에서 나오는 부생수소는 과거에 많은 양이 낮은 가치로 쓰이거나 버려졌다. 이를 도심으로 수송하면 수소의 경제 가치가 높아진다. 배관망 투자의 명분이 여기서 나온다.

넷째, 도시가 수요처이기 때문이다. 건물의 난방과 발전, 대중교통, 물류 차량이 도시에 모여 있어 수소 수요가 한 곳에 집중된다. 수요가 모이면 배관과 충전소의 이용률이 높아져 사업성이 확보된다.

다섯째, 법적 기반이 마련되었다. 「수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률」은 연료전지등(제2조제6호)과 수소발전(제2조제7호의3)을 정의하고 있어 도시 단위 사업의 근거가 된다. 분산에너지 관련 법률도 연료전지와 수소발전을 분산에너지사업으로 포함하고 있다.

여섯째, 정부 공모사업이 도시 단위 실증을 이끌고 있다. 울산시는 2024년 9월 국토교통부 주관 수소도시 조성사업 공모에 선정되었다. 울산시는 4년간 295억 원을 투입하고 9.7km와 5.2km 구간 수소 배관망을 구축할 계획이다. 이처럼 공모 방식은 지자체가 수소도시 계획을 구체화하는 계기가 된다.

도시계획 관점에서 보면 수소는 전기나 상수도처럼 기반시설로 편입되어야 할 대상이다. 따라서 배관 경로, 충전소 입지, 안전 이격거리를 토지이용계획과 함께 검토하는 것이 필요하다.

4. 구성요소·원리·절차

수소도시는 수소를 생산, 저장·운송, 충전·공급, 활용, 안전관리까지 한 도시 안에서 끊기지 않게 잇는 체계다. 구성요소는 공급원, 운송 인프라, 수요처, 안전관리의 네 축으로 나누어 정리한다.

표의 구성요소는 서로 떨어져 있지 않다. 공급원에서 나온 수소가 배관으로 이동하고, 충전소와 연료전지로 나뉘어 쓰인다. 안전관리는 이 모든 구간에 공통으로 걸린다.

연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기와 열을 함께 만든다. 연소 과정을 거치지 않으므로 배출되는 물질이 주로 물이다. 이 원리가 수소도시에서 연료전지를 주거·업무 지역 가까이 설치하는 근거가 된다.

$\mathrm{H_2 + \tfrac{1}{2}O_2 \rightarrow H_2O + 전기 + 열}$

여기서 \mathrm{H_2}는 수소, \mathrm{O_2}는 산소, \mathrm{H_2O}는 물이다. 반응 한 번에 수소 1몰과 산소 0.5몰이 물 1몰로 바뀌면서 전기와 열이 나온다. 수소의 공급이 끊기면 발전도 멈추므로 공급 안정성이 설계의 출발점이 된다.

수소도시의 핵심은 생산에서 활용까지 수소의 흐름을 도시 안에서 연결하는 데 있다.

수소도시 조성의 절차는 다음과 같다.

• 도시 안의 수소 수요처와 수요량을 조사한다. 수송, 건물 난방·발전, 산업 공정 수요를 나누어 본다.
• 공급원을 정한다. 인근 석유화학단지의 부생수소를 쓰거나 수전해 설비로 생산한다.
• 저장과 운송 방식을 정한다. 배관망, 저장탱크, 튜브트레일러 중에서 거리와 물량에 맞춰 고른다.
• 수소 충전소와 연료전지를 수요 지점에 배치하고 배관과 연결한다.
• 안전관리 체계를 구축한다. 누출 감지, 방출 설비, 사고 대응 절차를 함께 운영한다.

울산 수소시범도시는 이 절차를 실제로 적용한 사례다. 석유화학단지에서 나오는 부생수소를 지하 배관으로 도심까지 보내고, 수소충전소에 직접 공급하는 구조다. 2024년 10월 기준 188km의 지하 배관이 깔려 있다.

5. 관련 법령·기준·표준

수소도시를 직접 규율하는 법은 「수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률」(약칭 수소법)이다. 수소법은 연료전지등과 수소발전의 정의를 두고, 수소 안전관리의 근거를 정한다. 「신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법」은 연료전지를 신에너지의 하나로 규정한다.

「분산에너지 활성화 특별법」은 수소도시의 전력 공급과 연결된다. 이 법 제2조제2호는 연료전지발전사업과 수소발전사업을 분산에너지사업에 포함한다. 분산에너지사업을 하려는 자는 사업 종류별로 기후에너지환경부장관에게 등록해야 한다(제8조제1항, 다만 일정한 허가·등록 사업자는 등록한 것으로 본다). 이 법 제2조는 2026년 3월 17일에 개정되었고, 같은 법 해당 조문의 시행일은 2026-12-16이다.

지방자치단체 차원에서는 조례가 수소도시를 정의한다. 남양주시 수소도시 조성과 수소산업 육성·지원에 관한 조례(2023-02-16)는 수소도시를 주거·교통 등 시민 생활분야와 산업분야에 수소를 주요 에너지원으로 쓰는 도시로 정의한다.

국토교통부는 수소도시 조성사업을 공모로 추진한다. 울산은 2024년 9월 이 공모에 선정되었다. 기준 수치를 정리하면 다음과 같다.