수소는 어떻게 만들어질까? – 수소 생산 기술의 모든 것 (Hydrogen Production Technologies: Pathways Toward Clean Energy)
탄소중립 실현을 위해 수소에너지의 중요성이 강조되면서, 어떻게 수소를 생산할 것인가는 핵심적인 이슈로 부상하고 있다. 수소의 생산 방식에 따라 친환경성, 경제성, 탄소 배출량 등에서 큰 차이를 보이기 때문이다. 이번 편에서는 수소 생산의 다양한 방식과 기술적 과제를 심층적으로 다뤄본다.
수소 생산 방식의 분류
수소는 자연 상태로 존재하지 않기 때문에 반드시 다른 물질에서 추출해야 한다. 대표적인 수소 생산 방식은 다음과 같이 분류된다:
- 그레이 수소 (Gray Hydrogen)
천연가스 개질(SMR, Steam Methane Reforming)을 통해 생산되며, 현재 전 세계 수소 생산의 90% 이상을 차지한다. 그러나 이 과정에서 이산화탄소가 다량 배출되어 친환경성과는 거리가 있다. - 블루 수소 (Blue Hydrogen)
그레이 수소 생산 시 발생하는 이산화탄소를 CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage) 기술을 통해 포집 및 저장한다. 온실가스 배출을 줄이지만, 완전한 무탄소 에너지원은 아니다. - 그린 수소 (Green Hydrogen)
재생에너지(태양광, 풍력 등)로 물을 전기분해(수전해)하여 생산하는 방식이다. 탄소 배출이 전혀 없어 탄소중립 실현에 가장 적합한 수소로 평가받는다. 단점은 생산비용이 여전히 높다는 점이다.
수전해 기술의 발전과 한계
그린 수소 생산의 핵심 기술은 ‘수전해(Water Electrolysis)’다. 이는 물(H₂O)을 전기 에너지로 분해하여 수소(H₂)와 산소(O₂)를 생산하는 방식으로, 주로 다음과 같은 방식이 있다:
- 알칼라인 수전해(AWE): 가장 오래된 수전해 기술로, 대규모 생산에 적합하나 반응 속도가 느리다.
- 고분자전해질 수전해(PEMEC): 반응이 빠르고 시스템이 작아 분산형 수소 생산에 적합하나 고가의 촉매(백금 등)를 사용.
- 고온 수전해(SOEC): 고온 열원을 활용해 전기 소비를 줄이는 방식. 열에너지 이용 효율이 높지만 현재는 초기 단계.
기술의 발전으로 효율성과 경제성이 점차 개선되고 있으며, 전 세계적으로 관련 연구개발(R&D) 및 실증사업이 활발히 진행 중이다.
바이오 수소 및 기타 대체 기술
- 바이오 수소는 미생물의 발효나 광합성을 통해 수소를 생산하는 기술로, 폐기물 처리와 수소 생산을 동시에 가능하게 한다.
- 핵융합 수소 생산은 아직 실용화 단계에 이르지 못했지만, 장기적으로는 새로운 대안으로 기대를 모으고 있다.
국제 사회의 기술 투자 동향
유럽, 일본, 미국, 한국 등 주요 선진국들은 그린 수소의 생산 능력을 확보하기 위해 막대한 투자를 단행하고 있다. 독일은 북아프리카와의 수소 공급망 구축에 나섰고, 일본은 호주와의 수소 수입 루트를 개발 중이다. 한국 역시 재생에너지 기반의 수소 생산을 위해 강원도, 제주도 등지에서 실증 사업을 진행 중이다.
결론: 수소 생산 기술의 진화는 탄소중립의 시작점
수소에너지는 생산 방식에 따라 친환경성이 크게 달라진다. 따라서 기술적 진보와 재생에너지 확대를 통해 ‘그린 수소’의 비중을 높이는 것이 탄소중립 달성의 핵심이다. 미래 수소경제를 뒷받침할 기술 혁신과 인프라 투자는 지금 이 순간에도 진행 중이며, 그 변화의 흐름은 이제 멈출 수 없다.