수소는 현재 차세대 친환경 에너지원으로 주목받고 있으며, 수소연료전지차(FCEV)와 다양한 산업 분야에서 광범위하게 활용되고 있다. 그러나 수소 생산의 경제성은 여전히 해결해야 할 중요한 과제로 남아있다. 본 글에서는 수소의 주요 생산 방식과 그 경제성을 상세히 분석해보겠다 .
1. 수소 생산 방식
수소는 생산 방식에 따라 그레이 수소, 블루 수소, 그린 수소로 나뉘며, 각 방식은 원료와 생산 과정의 탄소 배출량에 따라 뚜렷한 차이를 보인다 .
1) 그레이 수소(Grey Hydrogen)
- 생산 방식: 천연가스 개질(Steam Methane Reforming, SMR) 또는 석탄 가스화(Coal Gasification) 방법 활용 .
- 특징: 현재 가장 보편적인 수소 생산 방식으로, 상대적으로 낮은 비용으로 대량 생산이 가능 .
- 단점: 다량의 이산화탄소(CO2)를 배출하는 환경 친화적이지 않은 방식 .
- 생산 단가: 약 1~2달러/kg.
2) 블루 수소(Blue Hydrogen)
- 생산 방식: 그레이 수소와 동일한 방법(SMR, 석탄 가스화)으로 생산하되, 탄소포집 및 저장(CCUS, Carbon Capture Utilization and Storage) 기술을 적용하여 탄소 배출 감소 .
- 특징: 탄소 배출을 90% 이상 줄일 수 있어 상대적으로 친환경적인 접근법 .
- 단점: 탄소 포집 및 저장 추가 비용 발생, CCUS 기술의 효율성에 따라 경제성 변동 가능 .
- 생산 단가: 약 2~3달러/kg.
3) 그린 수소(Green Hydrogen)
- 생산 방식: 태양광, 풍력 등 재생에너지를 이용해 물을 전기분해(Water Electrolysis)하여 생산 .
- 특징: 탄소 배출이 전혀 없는 100% 친환경 방식.
- 단점: 전기분해 장비(수전해 장치)의 비용이 높고, 재생에너지 발전 비용에 영향을 받음.
- 생산 단가: 약 4~6달러/kg (재생에너지 비용에 따라 변동 가능).
2. 수소 생산 방식별 경제성 분석
현재 수소 생산의 경제성을 평가할 때, 원료비, 생산 단가, 정부의 지원 정책 등이 핵심적인 고려 요소로 작용한다 .
1) 현재 경제성 비교
생산 방식 | 원료 | 탄소 배출 | 생산 단가 (USD/kg)
| 그레이 수소 | 천연가스, 석탄 | 높음 | 1~2 |
| 블루 수소 | 천연가스, 석탄 | 낮음 (90% 감축) | 2~3 |
| 그린 수소 | 재생에너지(태양광, 풍력) | 없음 | 4~6 |
- 그레이 수소는 가장 경제적이지만, 탄소 배출 문제로 인해 장기적으로 규제 강화 가능성이 높다.
- 블루 수소는 CCUS 기술의 발전에 따라 경제성이 개선될 수 있으나, 추가 인프라 구축에 상당한 비용이 필요하다 .
- 그린 수소는 친환경성은 뛰어나지만, 현재 생산 비용이 높아 경제성이 부족한 상황이다 .
2) 미래 전망 및 경제성 개선 방안
(1) 그린 수소 생산 비용 절감
- 재생에너지 발전 비용 하락: 태양광 및 풍력 발전 단가가 지속적으로 감소하면서, 장기적으로 그린 수소의 경제성이 크게 향상될 전망이다 .
- 수전해 장치의 효율성 개선: 고효율 전해질 기술(PEM, SOEC 등)의 개발로 전기분해 비용이 점진적으로 낮아질 것으로 기대된다 .
- 대량 생산 및 규모의 경제 효과: 그린 수소 생산량이 증가함에 따라 단가 하락이 예상됨.
(2) 블루 수소의 경쟁력 강화
- 탄소 포집 비용 절감: CCUS 기술의 발전과 대규모 적용을 통해 추가 비용을 낮출 수 있다.
- 탄소세 도입: 각국의 탄소세 정책으로 상대적으로 탄소 배출이 적은 블루 수소의 경제성이 높아질 가능성이 있다 .
(3) 수소 운송 및 저장 비용 절감
- 액체수소(Liquid Hydrogen) 기술 발전: 액화수소 저장 및 운송 기술 개선으로 물류비 절감이 기대된다 .
- 암모니아 기반 수소 저장 및 운송: 수소를 암모니아(NH3)로 변환하여 저장 및 운송한 후 다시 수소로 분해하는 기술 연구가 활발히 진행 중이다 .
3. 결론
수소 생산 방식은 경제성과 환경 영향을 고려할 때, 단기적으로는 블루 수소가 가장 현실적인 대안이며, 장기적으로는 그린 수소가 궁극적인 목표가 될 것으로 전망된다. 현재 그린 수소는 생산 비용이 높지만, 재생에너지 비용 하락과 기술 발전을 통해 점차 경제성을 확보해 나갈 것이다. 각국 정부의 지원과 기술 혁신이 뒷받침된다면, 2030년 이후에는 그린 수소가 경쟁력을 갖추고 본격적인 수소 경제 시대를 열 것으로 기대된다.