그레이수소란? 생산 공정과 CO2 배출, 그린수소로 가야 하는 이유 (2026)
안녕하세요, 음이온 교환막(AEM) 수전해 기술로 청정수소 생산 단가를 낮추고 있는 HydroXpand입니다.
오늘은 그레이수소가 무엇이고, 어떤 공정으로 만들어지며, 왜 이산화탄소를 배출하는지, 그리고 왜 여전히 전 세계 수소의 대부분을 차지하는지를 정리해 보려고 합니다.
수소를 청정 에너지로 이야기하는 흐름 속에서도, 실제 시장에서 만들어지는 수소는 대부분 화석연료에서 나옵니다.
HydroXpand는 재생에너지 기반 그린수소로의 전환을 목표로 하는 만큼, 그 출발점이 되는 그레이수소를 정확히 이해하는 일이 중요하다고 봅니다. 그레이수소를 처음 접하시거나 청정수소 전환의 배경이 궁금하셨던 분들에게 도움이 되길 바랍니다.
그레이수소란? 핵심 정리
그레이수소에 대한 핵심 내용을 먼저 짚고 넘어가겠습니다.
그레이수소는 천연가스를 고온의 수증기로 개질해 만드는 수소이며 이 과정에서 이산화탄소가 함께 발생합니다.
무저감 천연가스 기반 수소는 수소 1킬로그램당 약 10에서 12킬로그램의 이산화탄소를 배출합니다.
저배출 수소는 2025년 기준 전 세계 생산의 1퍼센트에도 미치지 못하며 나머지는 사실상 화석연료 기반입니다.
그레이수소가 주류인 이유는 지금도 화석 기반이 재생수소보다 저렴하기 때문입니다.
배출을 줄이는 경로는 크게 두 가지이며, 발생한 이산화탄소를 포집하는 방식과 애초에 재생에너지와 물로 수소를 만드는 방식으로 나뉩니다.
그레이수소란 무엇인가?
그레이수소는 천연가스에서 수소를 뽑아내면서 발생하는 이산화탄소를 그대로 대기로 내보내는 방식으로 만든 수소를 뜻합니다. 수소 자체는 색이 없지만, 산업계는 생산 방식과 배출 특성을 구분하기 위해 색깔 이름을 관용적으로 붙여 사용합니다. 이 색깔 분류는 국제 표준이 아니라 이해를 돕기 위한 편의적 표현입니다.
색깔로 구분하면 다음과 같습니다.
그레이수소는 천연가스를 개질해 만들며, 발생한 이산화탄소를 포집하지 않습니다.
블루수소는 같은 방식으로 만들되 발생한 이산화탄소를 포집해 저장합니다.
그린수소는 재생에너지 전기로 물을 분해해 만들며, 생산 시점에서 이산화탄소를 배출하지 않습니다.
정리하자면, 그레이수소는 청정수소로 가는 여정에서 현재의 출발점에 해당합니다. 지금 전 세계에서 쓰이는 수소가 어떻게 만들어지는지를 이해하려면 그레이수소를 먼저 살펴야 합니다.
그레이수소 생산 공정 - 천연가스 개질
그레이수소는 대부분 수증기 메탄 개질이라는 공정으로 생산합니다. 천연가스의 주성분인 메탄과 고온의 수증기를 반응시켜 수소를 얻는 방식입니다. 이 반응에서 메탄에 들어 있던 탄소가 이산화탄소로 바뀌기 때문에, 수소를 만드는 동시에 이산화탄소가 함께 나옵니다.
공정을 단계로 나누면 다음과 같습니다.
천연가스(메탄)와 고온의 수증기를 반응시켜 수소와 일산화탄소를 만듭니다.
남은 일산화탄소를 다시 수증기와 반응시키는 수성가스 전환 과정을 거칩니다. 이 과정에서 수소를 추가로 얻고 일산화탄소는 이산화탄소로 바뀝니다.
생성된 기체에서 수소를 분리해 정제합니다.
정리하면, 그레이수소의 이산화탄소는 부수적인 사고가 아니라 공정 자체에서 필연적으로 나오는 산물입니다. 탄소를 품은 원료에서 수소를 뽑아내는 구조이기 때문에, 포집 설비를 따로 붙이지 않는 한 이산화탄소는 대기로 배출됩니다. 이 지점이 그레이수소와 그린수소를 가르는 근본적인 차이입니다.
그레이수소의 CO2 배출은 얼마나 되는가
그레이수소의 배출량은 생산 방식과 원료에 따라 달라지지만 국제에너지기구(IEA)는 무저감 천연가스 기반 수소가 수소 1킬로그램당 약 10에서 12킬로그램의 이산화탄소를 배출한다고 분석합니다. 석탄을 원료로 쓰는 경우에는 배출량이 더 커져 수소 1킬로그램당 약 22에서 26킬로그램에 이릅니다. 같은 화석 기반이라도 천연가스와 석탄의 배출 수준이 크게 다르다는 점을 함께 보아야 합니다.
배출 규모를 정리하면 다음과 같습니다.
무저감 천연가스 기반 수소는 수소 1킬로그램당 약 10에서 12킬로그램의 이산화탄소를 배출합니다.
무저감 석탄 기반 수소는 수소 1킬로그램당 약 22에서 26킬로그램을 배출합니다.
2023년 기준 전 세계 수소 생산에서 발생한 이산화탄소는 약 9억 2천만 톤에 달합니다.
이 배출의 약 75에서 95퍼센트는 생산 시점에서 직접 발생하며, 포집 기술로 줄일 수 있는 영역입니다.
그레이수소는 수소 자체는 깨끗하게 쓰이더라도 만드는 과정에서 상당한 이산화탄소를 남깁니다. 수소를 탄소중립의 수단으로 활용하려면 이 생산 단계의 배출을 어떻게 줄일 것인가가 핵심 과제가 됩니다.
그레이수소가 여전히 세계 수소의 대부분인 이유
배출 부담이 분명한데도 그레이수소가 시장의 대부분을 차지하는 이유는 단가에 있습니다. IEA에 따르면 저배출 수소 생산은 2025년에 약 100만 톤에 이르렀고 2026년에 전 세계 생산의 1퍼센트를 넘어설 것으로 전망되지만, 나머지는 여전히 무저감 화석연료 기반입니다. 근시일 안에도 대부분의 지역에서 화석 기반 수소가 재생에너지 기반 수소보다 저렴한 구도가 이어질 것으로 분석됩니다.
시장 현황을 정리하면 다음과 같습니다.
전 세계 수소 생산은 지금도 무저감 화석연료가 지배하고 있습니다.
저배출 수소는 2025년 약 100만 톤으로, 2026년에 전체의 1퍼센트를 넘어설 것으로 전망됩니다.
재생에너지 기반 수소의 생산 단가는 무저감 화석 기반보다 대체로 더 높은 수준입니다.
그레이수소가 주류인 것은 기술이 부족해서가 아니라 아직 가격 경쟁력에서 앞서기 때문입니다. 따라서 청정수소로의 전환에서 관건은 재생에너지 기반 수소의 생산 단가를 얼마나 낮출 수 있는가입니다. HydroXpand가 AEM 수전해 기술로 풀고자 하는 문제가 바로 이 단가입니다.
그레이수소에서 청정수소로 - 전환의 경로
그레이수소의 배출을 줄이는 경로는 크게 두 갈래로 나뉩니다. 하나는 이미 발생한 이산화탄소를 포집해 저장하는 방식이고, 다른 하나는 애초에 탄소가 없는 원료로 수소를 만드는 방식입니다. 앞쪽이 블루수소, 뒤쪽이 그린수소에 해당합니다.
두 경로를 정리하면 다음과 같습니다.
블루수소는 그레이수소와 같은 공정에 포집 설비를 더해 이산화탄소를 저장합니다. IEA는 포집률 55에서 70퍼센트 구간의 저감 비용을 이산화탄소 1톤당 약 60에서 85달러, 90퍼센트 이상 구간을 약 85에서 110달러로 추산합니다.
그린수소는 재생에너지 전기로 물을 분해해 수소를 만들며, 생산 시점에서 이산화탄소를 배출하지 않습니다.
블루수소는 기존 설비를 활용하는 현실적인 중간 경로이지만 포집에 드는 비용과 포집하지 못하는 배출이 한계로 남습니다. 그린수소는 배출 자체를 없애는 근본적인 해법이지만 단가라는 과제를 안고 있습니다. HydroXpand는 전극과 분리막, 이오노머 같은 핵심 소재부터 스택과 시스템까지 수직 내재화 방식으로 개발합니다. 이를 통해 재생에너지 기반 그린수소의 생산 단가를 낮추는 것을 목표로 합니다.
그레이수소와 그린수소, 자주 묻는 질문
Q1. 그레이수소와 그린수소의 가장 큰 차이는 무엇인가요?
원료와 배출입니다. 그레이수소는 천연가스에서 수소를 뽑아내며 이산화탄소를 배출하고, 그린수소는 재생에너지 전기로 물을 분해해 생산 시점에서 이산화탄소를 배출하지 않습니다.
Q2. 그레이수소는 왜 아직도 가장 많이 쓰이나요?
가격 때문입니다. 지금도 대부분의 지역에서 화석 기반 수소가 재생에너지 기반 수소보다 저렴하기 때문에, 저배출 수소의 비중은 전 세계 생산의 1퍼센트 안팎에 머물고 있습니다.
Q3. 블루수소는 그린수소와 같은 청정수소인가요?
블루수소는 그레이수소의 이산화탄소를 포집해 배출을 줄인 수소입니다. 배출을 낮추는 효과는 있지만 포집하지 못하는 배출이 남고 포집 비용이 든다는 점에서, 배출 자체가 없는 그린수소와는 구분됩니다.
Q4. 그레이수소의 이산화탄소 배출량은 얼마나 되나요?
IEA 분석에 따르면 무저감 천연가스 기반 수소는 수소 1킬로그램당 약 10에서 12킬로그램의 이산화탄소를 배출합니다. 석탄 기반은 이보다 높아 약 22에서 26킬로그램에 이릅니다.
마치며
그레이수소는 지금 전 세계에서 쓰이는 수소의 현실적인 출발점입니다. 수소를 청정 에너지로 완성하려면, 이 그레이수소가 남기는 이산화탄소를 어떻게 줄이고 궁극적으로 어떻게 없앨 것인가에 답해야 합니다. 그 답의 핵심은 재생에너지 기반 그린수소의 생산 단가를 낮추는 데 있습니다.
HydroXpand는 AEM 수전해 기술로 그린수소의 생산 단가를 낮추는 문제에 집중하고 있습니다. 수전해 기술과 청정수소 전환에 대한 소식을 이어서 받아보고 싶으시다면 블로그 구독을 신청해 주시기 바랍니다.
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