물을 에너지로 활용한다는 발상은 SF소설 속에서나 등장하는 허황된 이야기였다. 그게 가능하다면 더 이상의 에너지 걱정은 없을 일이었기 때문이다. 너무나 허황된 그 에너지가 현실로 나타났다. 물에서 끌어난 에너지, 바로 수소 에너지다. 이번 연재는 수소 기술의 진화와 글로벌 동향, 정책의 방향성과 산업의 실제 변화 양상을 면밀히 조망하며 수소시대의 실체에 다가가려는 시도다. 우리가 맞이할 새로운 에너지 질서 속에서 수소가 어떤 역할을 할 것인지, 그리고 우리의 삶을 어떻게 바꿔놓을 것인 지에 대한 깊이 있는 성찰이 담길 예정이다. <편집자 주>
[산업경제뉴스 민경종 기자] 오는 2050년 글로벌 탄소중립 달성에 가장 부합하는 에너지원으로 수소가 지목되면서 생산방식에 따라 얻을 수 있는 6가지 수소 중 그린수소가 탄소중립 달성에 최적이라는 평가가 나와 눈길을 모으고 있다.
에너지업계에 따르면 수소는 그 생산 방식과 환경에 미치는 영향에 따라 크게 6가지로 분류가 된다. ▲그레이수소 ▲블루수소 ▲그린수소 ▲브라운수소 ▲핑크수소 ▲엘로우수소가 그 주인공인데, 각각의 종류별로 특성과 환경에 미치는 영향 등을 정리해 보면 다음과 같다.
먼저 ▲그레이수소는 천연가스(메탄)를 고온에서 분해해 생산하는데, 생산 비용은 저렴하지만, 이산화탄소가 대량 배출되어 환경 부담이 큰 것으로 알려져 있다.
또 ▲블루수소는 상기 그레이수소 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집·저장(CCS)해 탄소 배출을 줄인 수소다. 비교적 탄소 중립에 가까우나 CCS(탄소포집) 기술의 한계로 완전한 중립은 아니라는 것이 업계의 설명이다.
이어 ▲그린수소는 태양광, 풍력 등 재생에너지로 물을 전기분해해 생산하는데, 탄소 배출이 없어 가장 친환경적이지만, 재생에너지 의존성과 높은 생산 비용이 과제다.
또 ▲브라운수소는 석탄을 가스화해 추출하며, 그레이수소보다 탄소 배출이 더 많고 개발 비용이 낮아 단기적으로 활용되지만 환경 문제로 점차 감소 추세로 알려져 있다.
이밖에 ▲핑크수소는 원자력 발전으로 생산된 전기를 사용해 수전해로 만들고 ▲옐로우수소는 바이오매스를 연소하거나 가스화해 생산한다. 재생에너지와 연계되지만, 바이오매스 확보 경쟁이 발생할 수 있다는 것이 업계의 전언이다.
이 대목에서 눈에 띄는 용어는 바로 수전해 기술인데, 간단히 정리하면 물을 전기분해해 수소와 산소로 분리하는 기술을 말한다. 알칼라인 수전해, 고체산화물 수전해(SOEC), 고분자 전해질막 수전해(PEM) 방식 등이 있으며, 효율성과 내구성이 관건으로 전해진다.
이중 그린수소가 탄소 중립 사회의 핵심 에너지원으로 기대되지만, 재생에너지 인프라 확충과 기술 혁신이 필요하다. 이에 블루수소가 단기적 대안으로 활용되며, 핑크수소와 옐로우수소는 특정 지역/기술 조건에서 성장 가능성이 있다는 것이 전문가들의 공통된 지적이다.
이외에 청록수소(Teal Hydrogen)와 부생수소(Byproduct Hydrogen)는 상기 열거한 수소 종류 외에 추가로 분류되는 유형입니다. 각각 다음과 같은 특징을 가지고 있다.
먼저 ▲청록수소 (Teal Hydrogen)는 석탄(갈탄)을 산소가 제한된 환경에서 부분 연소(가스화)해 생산하는데, 상기 그레이수소보다 탄소 배출 정도는 낮으나, 완전 제로는 아니며 가스화 과정에서 발생한 이산화탄소를 포집하면 블루수소로 전환될 수 있다.
장점으로는 원료로 사용되는 갈탄의 경우 매장량이 풍부하고 가격이 저렴해 대규모 생산에 유리하나 채굴 과정에서 환경 파괴 우려와 잔류 탄소 처리 기술이 필요하다는 단점이 있다. 따라서 상기 그레이수소와 블루수소의 중간 단계로 볼 수 있다는 것이 수소업계의 시각이다.
이어 부생수소 (Byproduct Hydrogen)는 석유화학 공정(예: 나프타 크래킹, 암모니아 합성) 또는 철강 제조 과정에서 부산물로 생성되는데, 생산 공정에 따라 다르지만, 대체로 그레이수소 수준의 탄소 배출이 발생하는 것으로 전해진다.
부생수소의 장점으로는 추가 설비 없이 기존 산업 공정에서 얻을 수 있어 경제성이 높으나 수요 대비 공급량이 제한적이며, 생산량 조절이 어렵다는 것이 단점으로 지적된다. 주로 산업용 용도로 사용되며, 수소 경제 확산 시 잠재력이 크다는 것이 업계의 설명이다.
환경 우선 이냐 경제성 이냐와 더불어 생산 기술 발전 포인트가 관건
결국 수소 경제로의 전환은 그 생산 방식에 따라 환경에 대한 영향이 크게 달라지므로, 정책적 지원과 기술 개발이 병행되어야 한다는 지적이 힘을 얻고 있다.
즉, 그린수소가 궁극적 목표지만, 블루수소나 청록수소가 중간 단계에서 역할을 할 수 있으며, 부생수소는 기존 산업 인프라를 활용해 당장 활용도가 높지만, 탄소 중립 측면에서는 한계가 있고,
수소 생산기술 발전 포인트와 관련해서는 ▲수전해 효율 향상(재생에너지와 연계), ▲CCUS 기술 상용화(블루/청록수소), ▲소형 원자로(PWM) 개발(핑크수소) 등이 관건이며, 더불어 수소 저장·운송 기술(액화수소, 암모니아 변환 등)도 함께 발전해야 한다는 지적이다.
이에 한국은 그린수소 중심으로 R&D를 강화 중이고 사우디아라비아와 EU는 청록수소 개발에 투자하고 있으며 일본은 수소 수입 전략을, 중국은 석탄 기반 수소 생산에 집중하는 등 국가별로 접근법이 다른 점도 또 하나의 관전 포인트라고 덧붙였다.
업계 관계자는 “청록수소는 갈탄의 청록빛 이미지에서 이름이 유래됐는데, 저비용 대량 생산이 가능해 주목받고 있지만 채굴 과정상의 환경 문제와 탄소 포집 기술 개발이 관건이고, 부생수소는 ‘부산물’이라는 특성상 수요 증가 시 공급 확대가 어려워, 장기적으로는 그린수소나 블루수소 중심으로 전환될 가능성이 있다”는 의견을 개진했다.
이어 그는 “청록수소와 부생수소는 기존 산업 구조를 활용해 단기적으로 수소 공급을 확대할 수 있는 현실적 대안이지만 탄소 중립 달성을 위해서는 결국 그린수소로의 전환이 필수적이며, 관계 당국의 기술 개발과 정책적 지원이 시급하다”고 강조했다.
