청정 수소 경제 가속화: 부상 배경, 글로벌 전략, 미래 과제

청정 수소의 부상 배경

탄소중립을 향한 전 세계적인 움직임 속에서 ‘청정 수소’는 차세대 에너지의 핵심으로 떠오르고 있습니다. 청정 수소는 생산 과정에서 온실가스 배출이 거의 없거나 매우 적은 방식으로 제조된 수소를 의미하며, 대표적으로 ‘그린 수소’(재생에너지 전기로 물을 분해해 생산)와 ‘블루 수소’(천연가스 개질 후 탄소를 포집·저장하는 방식)가 이에 포함됩니다. 이처럼 온실가스 배출량을 실질적으로 줄일 수 있는 수소는 재생에너지의 간헐성 문제를 보완하고, 에너지 저장과 운송, 산업 공정, 수송 부문에 이르기까지 활용도가 매우 높은 에너지 자원으로 주목받고 있습니다. 청정 수소가 주목받는 가장 큰 이유는 ‘전주기적 탄소 감축 가능성’입니다. 전기를 직접 사용하는 재생에너지 시스템과 달리, 수소는 에너지 저장이 가능하기 때문에 간헐적인 태양광·풍력의 출력 한계를 극복하고, 에너지 수급을 안정화할 수 있습니다. 또한 기존 산업에 손쉽게 접목할 수 있다는 점도 장점입니다. 철강, 석유화학, 시멘트 등 고온 열원이 필요한 산업군에서는 수소 기반 공정을 통해 탄소배출을 크게 줄일 수 있으며, 수소를 이용한 연료전지는 전기차보다 긴 주행거리와 빠른 충전 속도로 물류, 대중교통, 중장거리 트럭 등의 분야에서 유리합니다. 현재까지는 수소 대부분이 ‘그레이 수소’(천연가스 개질, 탄소포집 없음) 방식으로 생산되고 있으며, 이는 생산 과정에서 막대한 이산화탄소가 배출된다는 문제가 있었습니다. 그러나 탄소중립 시대에는 청정 수소로의 전환이 불가피하며, 이에 따라 세계 각국은 기술개발과 인프라 투자에 본격적으로 나서고 있습니다. 국제에너지기구(IEA)는 2050년까지 전 세계 수소 수요의 절반 이상을 청정 수소로 대체해야 한다고 전망하고 있으며, 청정 수소는 이제 에너지 전환의 주축으로 빠르게 자리매김하고 있습니다.

글로벌 전략과 산업 투자

청정 수소 경제를 실현하기 위해 세계 각국은 정책적·재정적 투자를 확대하고 있으며, 수소 생산·저장·운송·활용 전 분야에 걸쳐 국가 주도의 로드맵을 수립하고 있습니다. 유럽연합(EU)은 2020년 ‘EU 수소 전략’을 발표하며 2030년까지 400만 톤의 재생 수소 생산을 목표로 설정했고, 이를 위해 470억 유로에 달하는 공공·민간 투자를 유치하고 있습니다. 독일은 ‘수소 경제 선도국’을 자처하며 수소 산업 생태계를 구축하고 있으며, 프랑스, 네덜란드, 스페인도 국가 차원의 청정 수소 허브 건설을 본격화하고 있습니다. 미국은 인플레이션 감축법(IRA)을 통해 청정 수소에 대한 대규모 세액 공제를 시행하고 있으며, DOE(에너지부)는 청정 수소 허브 구축을 위한 예산을 확보해 민간 기업들과 협력 중입니다. 특히 수소 생산비를 2030년까지 1kg당 1달러 수준으로 낮추는 ‘Hydrogen Shot’ 전략은 수소 경제 상용화를 앞당기기 위한 핵심 계획으로 평가받고 있습니다. 일본은 이미 수소를 수입 에너지로 전환하기 위한 액화 수소 기술을 상용화했고, 호주, 사우디아라비아 등 에너지 자원이 풍부한 국가는 수소 수출국으로의 도약을 노리고 있습니다. 한국 역시 ‘수소경제 로드맵’을 수립하고, 2040년까지 수소차 290만 대, 수소충전소 1,200기 구축, 수소발전 비중 10% 확보 등을 목표로 하고 있습니다. 현대자동차는 수소연료전지 차량과 시스템 기술을 선도하고 있으며, 포스코, SK, 한화 등 대기업들도 수소 생산 및 공급망 구축에 대규모 투자를 진행 중입니다. 특히 울산, 창원, 전주 등은 수소도시로 지정되어 수소 기반의 대중교통, 난방, 발전 등 생활 전반에 수소를 적용하는 실증 사업을 전개하고 있습니다. 이러한 글로벌 흐름은 청정 수소의 경제성 확보와 탄소 저감이라는 두 마리 토끼를 잡기 위한 시도로 해석되며, 각국의 산업 정책이 ‘기술 중심’에서 ‘시장 중심’으로 전환되는 계기를 마련하고 있습니다. 결국 청정 수소는 기후 위기 대응뿐만 아니라 새로운 산업 성장 축으로 주목받고 있으며, 이를 선점하는 국가가 미래 에너지 시장의 주도권을 확보하게 될 것입니다.

기술 혁신과 미래 과제

청정 수소 경제의 가속화를 위해서는 기술 혁신이 핵심적인 역할을 담당합니다. 수소 생산 분야에서는 물 전기분해 기술의 효율성 향상이 가장 중요한 과제로 떠오르고 있으며, 이를 위해 고체산화물 전해조(SOEC), 양성자교환막(PEM), 알카라인 전해조 등 다양한 기술이 개발되고 있습니다. 특히 재생에너지를 활용한 그린 수소 생산은 전력 가격과 직결되므로, 에너지 저장 및 부하 조절 기능과의 연계가 필수적입니다. 또한 블루 수소의 경우 CCS(탄소 포집 및 저장) 기술의 상용화와 경제성 확보가 청정 인증 여부에 큰 영향을 미칩니다. 저장 및 운송 기술도 발전이 필요합니다. 수소는 낮은 부피에너지를 가지고 있어 액화, 기체압축, 고체흡착 등 다양한 방식으로 저장되어야 하며, 각각의 방식은 효율성, 안정성, 비용 측면에서 서로 다른 과제를 안고 있습니다. 예를 들어 액화 수소는 고밀도 저장이 가능하지만 초저온(-253°C) 기술이 필요하며, 이를 위한 인프라 구축 비용이 높은 편입니다. 반면 암모니아, 메탄올 등 수소 운반체를 활용한 간접 운송 기술은 기존 석유화학 산업과 연계할 수 있다는 장점이 있어 주목받고 있습니다. 수소 활용 부문에서는 연료전지 효율 개선과 수명 연장 기술, 수소 내연기관 엔진 개발, 수소 터빈 발전 기술 등이 빠르게 진화하고 있습니다. 특히 수소연료전지는 고정형 발전뿐만 아니라 차량, 선박, 드론, 기차 등 다양한 모빌리티 분야에 적용되며 시장을 확대 중입니다. 연료전지의 플래티넘 사용량을 줄이고, 내구성을 개선하는 기술은 향후 수소 경제의 대중화를 앞당길 중요한 요소입니다. 그러나 여전히 남은 과제도 많습니다. 수소 생산의 에너지 소비 문제, 안전성 확보, 인프라 구축 속도, 국제 표준 부재 등은 산업 확장의 걸림돌로 작용할 수 있습니다. 또한 청정 수소의 정의와 인증 기준에 대한 글로벌 합의가 필요한 시점이며, 탄소 배출 기준, 원산지 추적, 수출입 규범 등도 함께 마련되어야 할 것입니다. 결국 청정 수소 경제는 기술, 정책, 사회적 수용성이라는 세 축이 균형을 이룰 때에만 실현 가능하며, 이를 위한 국가 간 협력과 민관 협업이 더욱 중요해지고 있습니다.