탄소중립 실현을 위한 핵심 에너지로 수소가 주목받고 있다. 특히 재생에너지를 기반으로 생산되는 '그린수소(Green Hydrogen)'는 생산·활용 과정에서 탄소배출이 없다는 점에서 차세대 청정에너지로 평가된다.
본 글에서는 그린수소의 생산 기술 구조와 글로벌 공급망 구축 현황을 심층 분석한다.
1. 수소 에너지의 분류와 역할
수소는 생산 방식에 따라 크게 세 가지로 분류된다:
- 그레이수소(Grey Hydrogen): 천연가스 개질을 통해 생산, 탄소배출 발생
- 블루수소(Blue Hydrogen): 탄소포집·저장(CCS)을 병행한 생산, 부분적 탄소저감
- 그린수소(Green Hydrogen): 재생에너지를 활용한 물 전기분해로 생산, 탄소배출 제로
그린수소는 수소경제의 최종 목표로 설정되어 있으며, 수송·산업·발전 등 다양한 분야에 적용 가능하다.
2. 그린수소 생산 기술의 구조
그린수소는 주로 '물 전기분해(Water Electrolysis)' 방식을 통해 생산된다. 전기분해 기술은 다음과 같이 구분된다:
(1) 알칼리 수전해(Alkaline Electrolysis)
- 가장 널리 보급된 기술
- 액체 전해질(수산화칼륨 등) 사용
- 상대적으로 낮은 비용, 기술 안정성 확보
(2) 고분자 전해질막(PEM) 수전해
- 고체 전해질(고분자 막) 사용
- 높은 효율과 빠른 반응 속도
- 비용과 내구성 개선이 주요 과제
(3) 고온 수전해(SOEC)
- 고체산화물 전해질을 활용한 고온 운전
- 열에너지를 병행 활용, 전기 소모 절감 가능
- 현재 실증단계, 상용화는 제한적
이 외에도 광전기화학(PEC), 생물학적 전환 등 차세대 기술이 연구 중이다.
3. 그린수소 생산의 기술적 한계
그린수소는 기술적·경제적 한계로 인해 대규모 상용화가 어려운 상황이다:
- 수전해 시스템의 고비용 구조(기기·운영비 포함)
- 재생에너지 공급의 변동성 문제
- 수소 저장·운송 기술 부족
- 생산단가(Ton당 3~7달러)로 경제성 확보 어려움
이로 인해 현재 수소 생산의 95% 이상이 여전히 그레이수소에 의존하고 있다.
4. 글로벌 공급망 구축 현황
각국은 그린수소 대규모 공급망 구축을 위해 전략을 추진 중이다:
(1) 유럽연합(EU)
- 'EU 수소 전략' 발표, 2030년까지 10Mt 이상 그린수소 생산 목표
- 북아프리카·중동 등 외부 공급망 구축
- 해상운송·파이프라인 인프라 확충
(2) 미국
- '인플레이션 감축법(IRA)'을 통한 수소 생산 세제 혜택
- 지역별 수소 허브 구축 계획
- 청정수소 생산·유통 인프라 투자 확대
(3) 중국
- 수소산업 발전계획 수립
- 풍력·태양광 연계 수전해 실증사업 진행
- 자국 내 공급망 자립화 추진
(4) 대한민국
- '수소경제 로드맵' 운영
- 울산·인천 등 수소 도시 조성
- 해외 그린수소 도입 계획(호주·중동 협력)
5. 기술 발전 및 경제성 확보 전망
그린수소의 경제성 확보를 위해 다음과 같은 기술 발전이 요구된다:
- 고효율·저비용 수전해 장비 개발
- 재생에너지 공급 안정화
- 수소 저장·운송 기술 혁신(액화·암모니아 전환 등)
- 글로벌 표준화 및 인증체계 구축
국제에너지기구(IEA)는 2050년까지 그린수소 생산단가를 현재의 절반 이하로 낮출 경우, 글로벌 청정에너지 체계의 핵심으로 자리 잡을 것으로 전망하고 있다.
결론
그린수소는 탄소중립 실현과 탈탄소 산업 전환의 필수 에너지로 평가되지만, 현재 기술적·경제적 제약이 뚜렷하다. 대규모 상용화를 위한 공급망 구축, 기술 혁신, 국제 협력이 병행될 경우, 그린수소는 에너지 안보와 탄소저감의 핵심 수단으로 실질적 기여를 할 것으로 기대된다.