그린 수소를 에너지원으로 추가하기 위한 인프라 확장 

온실가스 감축을 위한 전 세계적인 노력 덕분에, 수소, 그중에서도 재생 가능한 에너지로 생산되는 그린 수소가 주목받고 있습니다. 비록 아직 초기 단계지만, 수소 경제는 지속 가능한 운송, 산업 공정, 에너지 생산 등에서 새로운 기회를 제공합니다. 다만, 이러한 이점을 실현하기 위해서는 생산 과정에서 발생하는 여러 인프라 문제를 극복해야 합니다.

그린 수소의 보급을 위해서는 연구개발 투자, 생산·소비 관련 조직 간 협력, 그리고 강력한 정책 프레임워크가 필수적입니다.

첫째, 파이프라인, 저장 시설, 운송 네트워크 등 기존의 천연가스 인프라는 안전하고 효과적으로 수소를 취급할 수 있도록 수소의 고유한 화학적 특성에 맞게 재설계하거나 교체되어야 합니다. 수소는 분자 크기가 매우 작아 누출이 쉽기 때문에, 안전하고 효율적인 운송 및 보관을 위해 특수 소재와 밀봉 기술의 적용이 필요합니다. 또한, 소재 측면에서 호환되지 않는 파이프라인이나 용기의 구조를 약화시킬 수 있으며, 점화 시 불꽃이 거의 보이지 않아 낮에도 식별이 거의 불가능하므로 안전상의 위험을 초래할 수 있습니다.

저장 및 운송은 물류적 복잡성을 추가로 제시합니다. 수소를 저장하거나 운송을 위해 선박에 실을 때 공간이 부족한 경우, 천연가스나 액체 화석 연료에 비해 부피당 에너지 밀도가 낮은 수소는 저장이나 운송 시 최대 700bar (10,500psi)로 압축하거나 -253°C (-423.4°F) 이하의 초저온 상태에서 액화하는 등 극한의 조건을 요구합니다. 이로 인해 수소를 어느 상태로 보관하더라도 에너지 집약적이며, 장기 보관 및 운송을 위한 장비, 에너지, 비용 부담이 추가됩니다.

따라서 파이프라인 문제 해결을 위해 수소 취성에 강한 특수 소재에 대한 투자가 필요하며, 저장·운송 관련 문제는 다양한 변수에 따른 복잡한 에너지 효율 계산과 의사결정을 요구합니다.

현재 대부분의 수소 생산은 증기 메탄 개질 및 자동 열 개질과 같이 화석 연료에서 추출하는 공정에 의존하고 있습니다. 이러한 방식은 수소의 환경적 이점을 훼손할 수 있는 이산화탄소 및 기타 온실가스를 배출하여 그레이 수소를 생산하게 됩니다. 이 부생 가스를 포집하여 블루 수소를 전환할 수 있지만 포집, 운송, 및 저장에 많은 비용이 듭니다.

그린 수소 생산은 이러한 문제를 해결하지만, 일반적으로 양성자 교환막이나 알칼리성 전해조의 용량 확충, 그리드 인프라 개선 등 생태계 전반에 대한 투자가 필요하기 때문에, 플랜트의 균형을 맞추기 위해 상당한 투자가 필요합니다. 전기분해 공정에서는 전기를 사용해 물을 수소와 산소로 분해하며, 생성된 수소는 연료로 활용되고 산소는 대기로 배출되거나 다른 산업용으로 활용됩니다. 풍력, 태양열, 수력 등 재생 에너지원으로 전력을 공급받으면 생산된 수소는 친환경적이고 지속 가능한 에너지원이 됩니다.

하지만 이 방식으로 생산된 전기를 전력망에 원활히 공급하기 위해서는 새로운 에너지 인프라와 기존 전력 시스템의 원활한 통합이 필요합니다. 이러한 통합의 필요성은 점점 더 증가하고 있습니다. 간헐적인 재생 에너지 공급과 수요 변동에 대응하기 위해 스마트 그리드, 에너지 저장 솔루션, 정교한 에너지 관리 시스템의 도입이 점차 중요해지고 있습니다.

수소는 현재 에너지 단위당 비용 면에서는 기존 화석 연료보다 다소 높은 편이지만, 가격은 향후 몇십 년간 감소할 것이라고 예상합니다. 이러한 배경으로는 생산·사용 기술의 발전, 공공 및 민간 인프라 투자 확대, 안전 표준의 광범위한 적용 등이 원인으로 분석됩니다.

이러한 도전에도 불구하고, 그린 수소 경제는 넷제로의 잠재력 덕분에 매우 매력적인 시장으로 평가받고 있습니다. 청정 생산 방식을 통해 그린 수소는 연료 전지 사용 시 오직 수증기만을 배출하며, 이는 배출량 목표 달성과 기후 변화 완화에 크게 기여할 수 있습니다.

또한, 수소는 단기 저장 시 발전 효율이 다소 낮을 수 있지만, 배터리와 달리 에너지 저하 없이 다양한 형태로 장기간 저장할 수 있어, 재생 가능한 태양광 및 풍력 발전의 간헐적 공급 문제를 보완할 수 있습니다. 저장된 수소는 피크 수요 시 전력을 공급하여 전력망의 안정성과 신뢰성을 높이거나, 차량 및 산업 공정에 전력을 공급하는 데 활용될 수 있습니다. 이처럼 재생 에너지를 유연하게 저장하고 송출하는 능력은 재생 에너지가 공급되는 전력망의 성공적인 운영에 핵심적인 역할을 합니다.

전력 생산뿐만 아니라 중장비 자동차 구동, 산업 공정, 가정 및 건물 난방 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 특히, 운송 부문에서는 수소 연료전지 차량이 디젤 트럭이나 버스를 대체할 수 있는 무공해 대안으로, 배터리 전기차보다 주행 거리가 길고 충전 시간이 빠르다는 장점이 있습니다. 장거리 트럭 운송의 경우, 배터리의 무게와 긴 충전 시간이 물류 및 경제적 장애로 작용하기 때문에 수소가 더욱 매력적인 대안이 됩니다.

또한, 산업 분야에서는 수소가 암모니아 및 기타 화학 물질의 청정 원료로 사용되어 제철, 시멘트 제조, 비료 생산 등 화석 연료 기반 공정에 대한 의존도를 낮추는 데 기여하고 있습니다.

전 세계 각국 정부는 수소의 혁신적 잠재력을 인식하고, 수소 도입을 촉진하기 위해 다양한 정책과 인센티브를 시행하고 있습니다. 예를 들어, 연구개발에 대한 직접 자금 지원, 수소 생산 및 활용에 대한 세금 공제, 그리고 과도기 조치로 기존 천연가스 네트워크에 수소 혼합을 의무화하는 정책 등이 있습니다.

예를 들어, 유럽연합은 수소전략 발표 를 통해 2030년까지 40기가와트 규모의 수전해 설비를 구축하고 완전한 수소 가치 사슬 마련을 목표로 하고 있습니다. 한편, 일본과 한국도 수소 사회 전환을 위한 야심 찬 계획을 발표했습니다 . 표준 및 규제 조화와 국가 간 수소 무역 촉진을 위한 국제 협력을 강화하고 있습니다.

수소 경제의 완전한 실현 시기는 아직 불확실하지만, 전문가들은 향후 수십 년 동안 상당한 성장이 있을 것으로 전망합니다. 글로벌 CEO 이니셔티브인 수소위원회는 2050년까지 수소가 전 세계 에너지 수요의 최대 24%를 충족 하며, 시장 규모는 연간 2.5조 달러에 이를 것으로 예측하고 있습니다. 이러한 성장은 수소 생산·저장 기술의 발전, 재생 에너지 비용 하락, 그리고 점점 엄격해지는 정부의 기후 정책 등이 복합적으로 작용한 결과입니다.

그린 수소 경제의 실현은 재생 에너지원의 가용성과 효율적인 인프라 구축에 크게 좌우됩니다. 현재 그린 수소 생산은 주로 정부 인센티브에 의해 지원되고 있으나, 기술 발전과 규모의 경제 달성에 따라 전 세계적으로 수소에 대한 수요가 증가하여 비용이 점차 낮아질 것으로 예상됩니다. 예를 들어, 미국 정부는 2026년까지 킬로그램당 2달러(USD), 2031년까지 1달러(USD)의 생산 비용을 목표로 하고 있습니다 .

지난 20년간 배터리와 태양광 패널이 발전한 방식과 유사하게, 수소 에너지 기술도 단기적으로 효율성과 성장을 위한 다양한 기회를 제공합니다. 생산 비용 절감과 인프라 확충이 이루어지면, 수소는 다른 에너지 분야로 점차 확산되어 궁극적으로 에너지 시스템의 탄소 배출 감소에 기여할 것으로 기대됩니다.

수소 에너지 시장의 성공적인 확장은 연구 기관, 정부, 업계 이해관계자 간의 협력에 달려 있습니다. 장기적 확실성을 보장할 수 있는 명확하고 일관된 정책 프레임워크는 투자를 유치하고 저탄소 혁신을 촉진하는 데 필수적입니다. 또한, 글로벌 표준 및 규정을 마련하고 국가 간 수소 거래를 촉진하기 위해 국제 협력이 중요합니다.

화석 연료와 함께 수소를 보급하기 위해서는 인센티브 제공, 지속적인 연구개발, 전해조 효율 개선, 비용 절감, 에너지 효율적인 수소 가압·액화 기술 개발, 그리고 충분한 파이프라인 구축 등 기술적 장벽을 극복해야 합니다.

마지막으로, 안전한 수소 생산·저장·취급을 위한 지속적인 표준, 정책, 교육은 대중의 신뢰를 구축하고 수소의 청정 에너지 잠재력에 대한 긍정적 인식을 확산하는 데 기여할 것입니다. 수소경제의 도입을 위해 해결해야 할 과제가 남아 있지만, 수소경제의 전망은 밝습니다. 인프라의 한계를 극복하고, 기술 발전을 촉진하며, 지원 정책 프레임워크를 구현함으로써 그린 수소는 향후 수십 년 동안 탄소 배출 저감의 핵심 역할을 할 것으로 전망됩니다.