[수소경제 톺아보기 ④] 수소에 색깔이 있다고요?

[이넷뉴스] 많은 사람들이 회색, 청색, 녹색 수소 이야기를 듣고 여러가지 색깔의 수소가 있는 이유를 궁금해 한다. 수소자원에는 그레이, 블루, 그린이라고 불리는 수소에너지의 종류가 있다. 이들은 어떤 차이점이 있을까. 결론부터 말하면 색깔이 아니라 CO2 배출량에 따른 환경오염 지수를 색깔로 표현한 것이다. 회색은 공장매연 색깔, 청색은 하늘색, 녹색은 생명의 색이다. 그린수소가 사실상 이산화배출이 거의 없어 꿈의 에너지라고 불린다.  

각 나라들이 새롭고 보다 지속 가능한 형태의 에너지를 기대함에 따라 수소는 꾸준히 성장하고 있다. 이 대체 연료는 연료 전지 시스템에서 소비될 때 부산물로 물만 생성한다. 모빌리티에서 수소 동력 차량이 환경에 유해한 온실 가스 대신 배기관에서 수증기를 방출한다는 것을 의미한다. 그러나 그것은 수소로 인한 무공해 자동차에 탄소배출이 전혀 없다는 것을 의미할까.

그렇지 않다. 수소 동력 자동차는 배출 가스가 전혀 없이 작동하지만 수소를 연료로 생산하는 것은 이야기가 다르다. 지구에서 가장 풍부한 원소인 수소는 화석 연료에서 물, 식물에 이르기까지 모든 곳에서 발견되지만 순수한 형태로 자연적으로 나타나지는 않는다. 

수소를 조달하려면 에너지가 필요한 화학 공정을 통해 다른 원소와 분리해야 한다. 이러한 과정은 다양한 환경 오염 물질을 생성한다. 따라서 수소에는 회색, 파란색 및 녹색의 세 가지 주요 범주가 생기게 된다. 만일 태양광이나 풍력과 같은 재생에너지원으로 생산된 전기를 물 전기분해 장치(수전해기술)에 공급해 수소를 생산해 이용하면 완전한 탈탄소 에너지시스템이 구축되니 최근 국민 건강을 위협하는 화석연료의 사용으로 발생한 미세먼지 문제도 상당히 해결할 수 있다.

먼저 회색 수소는 천연 가스에서 나온 화석 연료에서 생산된다. 재생 가능한 수소가 가장 적은 형태다. 오늘날 생산되는 수소의 대부분은 회색 수소다. 비교적 저렴하고 화학 산업에서 비료를 만들고 기름을 정제하는 데 일반적으로 사용된다. 회색 수소는 탄화수소의 분자 구조를 재배열하는 데 사용되는 처리 기술인 천연 가스를 개질하여 생성된다. 이 과정에서 천연가스의 주원소인 메탄은 고온의 증기와 혼합되어 촉매적 화학반응을 통해 수소와 이산화탄소를 생성한다.

불행히도 생성되는 회색 수소 1kg당 거의 10kg의 이산화탄소가 대기로 방출된다. 이 높은 CO2 생성 비율때문에 어두운 색인 '회색;으로 지정됐다. 실제 수소의 색이 회색이 아닌 오염물질이 상대적으로 많다는 의미다. 회색 수소는 세계가 화석 연료를 사용하지 않기 위한 에너지 대안으로 간주된다. 그러나 기후에 미치는 영향은 석유 시추나 석탄 채굴처럼 전반적으로 부정적이다.

◇ 파란수소는 부족하다...녹색수소, 탄소중립 종결

두번째로 파란색 수소다.  회색 수소를 만드는 데 사용된 것과 동일한 화학 처리 기술이 파란색 수소를 생산하는 데에도 사용된다. 그러나 가장 큰 차이점은 CO2 관리다. 청색 수소를 사용하면 생성된 CO2가 환경으로 배출되지 않는다. 대신 생산 시설에서 포획되어 별도로 보관된다. 이 기술은 탄소 포집 및 저장(CCS)으로 알려져 있다. 그러나 저장은 비용이 많이 들고 물류 문제가 있다. 결국 오염물질을 줄이는 대신 기술이 어렵고 돈이 많이 든다. 

파란수소는 현재 회색수소에 비해 환경에 미치는 CO2 영향이 현저히 낮아 더욱 지속가능하기 때문에 현실적인 대안으로 주목받고 있다. 그러나 청색 수소 공정이 대기 중으로 탄소 배출을 완전히 제거하지는 않다. 그것은 회색 수소보다 생태학적으로 더 친화적일 수 있지만 결코 완벽하지는 않다.

블루 수소는 그레인 수소에서 그린 수소로 넘어가는 과도기 단계다. 그린 수소의 생산 비용 절감 기술이 개발될 때까지 수소경제사회 인프라 건설에 필요한 저렴한 수소를 생산해야 할 수 있다. 

마지막으로 녹색 수소다. 진정한 지속 가능성에 더 가까운 것은 녹색 수소다. 이 형태의 수소는 회색 또는 청색 수소와는 완전히 다른 생산 공정을 따른다. 이 기술은 물에 전기 에너지를 적용하여 수소와 산소 분자를 분리하는 전기분해를 사용한다. 풍력 및 태양열 발전과 같은 재생 가능한 자원은 이 과정에서 전기를 생산한다.

화석 연료 대신 재생 가능한 자원을 활용하는 것이 녹색 수소를 만드는 열쇠다. 이 기술은 생산의 어느 지점에서도 유해한 가스가 발생하지 않는 지속 가능한 에너지를 생산한다. 수소 연료의 궁극적인 목표다.

녹색 수소는 이동성 및 기타 응용 분야에 이상적인 선택으로 보이지만 이를 생산하는 데는 몇 가지 문제가 있다. 전기분해를 수행하는 데 사용되는 기계는 비용이 많이 든다. 더욱이 태양광과 풍력을 통한 청정 전기는 공급이 제한적이다. 녹색 수소의 환경적 이점은 잠재적으로 광범위하지만 이 청정 에너지원을 생산하는 것은 아직 실용적이지 않다.

수소는 우리의 청정 에너지 미래에 중요한 역할을 할 수 있지만 아직 갈 길이 멀다. 제로 배출 잠재력에 도달하려면 앞으로 몇 년 동안 회색 수소에서 녹색 수소로 점진적으로 전환해야 한다. 시간이 얼마나 걸릴지와 전반적인 실행 가능성은 아직 결정되지 않았다.

이민재 NH투자증권 연구원은 "청록 수소는 녹색 수소 대비 수소 생산 과정에서 전기 사용량이 더 적고, 초기 설비투자 과정에서 귀금속 사용이 없어 건설 비용이 낮다는 장점이 있다"며 "또한 부산물인 탄소를 활용하기 용이하며, 이를 판매함으로써 부가적인 수익 창출도 가능해 경제성 확보 측면에서 강점이 있다"고 설명했다.

[이넷뉴스=박민호 기자] dducksoi22@enetnews.co.kr