그린수소란? - 그레이·블루·청록·핑크까지, 수소 종류와 생산 방식 총정리
안녕하세요, HydroXpand입니다.
오늘은 수소의 종류에 대해 정리를 해보려고 합니다.
그린수소(green hydrogen)는 태양광·풍력 같은 재생에너지 전기로 물을 분해(수전해)하여 만든 수소입니다. 생산 과정에서 탄소를 전혀 배출하지 않아 탄소중립 시대의 핵심 에너지원으로 주목받고 있습니다.
뉴스에서 그린수소, 블루수소라는 말을 자주 접하지만 정작 둘이 어떻게 다른지, 왜 색깔로 나누는지 명확하게 정리된 자료는 많지 않습니다. 이 글에서는 수소의 색깔 분류가 생긴 이유부터, 각 수소가 어떻게 만들어지는지, 그리고 왜 결국 그린수소로 가야 하는지까지 한 편에 정리했습니다.
수소는 왜 색깔로 구분할까요?
수소(H₂) 자체는 무색무취의 기체입니다. 그런데 같은 수소라도 만드는 방법에 따라 환경에 미치는 영향이 완전히 달라집니다. 석탄으로 만들면 탄소가 대량으로 나오고, 태양광 전기로 만들면 탄소가 전혀 나오지 않습니다. 이 차이를 한눈에 알아볼 수 있도록 생산 방식별로 색깔 이름을 붙인 것입니다.
현재 가장 많이 쓰이는 분류는 그레이, 블루, 그린, 청록, 핑크의 다섯 가지입니다. 하나씩 살펴보겠습니다.
수소의 5가지 색깔 - 생산 방식과 탄소 배출
그린수소란? 탄소 배출 제로, 물과 전기만으로
그린수소는 재생에너지(태양광, 풍력 등)로 만든 전기를 사용해 물을 수소와 산소로 분해하는 방식으로 만듭니다. 이 과정을 수전해(水電解, water electrolysis)라고 합니다. 원료가 물이고 에너지원이 재생전기이므로 생산 과정에서 탄소가 전혀 나오지 않습니다. 부산물은 산소뿐입니다.
현재 가격은 글로벌 평균 kg당 $3.5~$6 수준으로, 가장 저렴한 그레이수소의 2~4배입니다. 비싼 이유는 두 가지입니다. 재생에너지 전기 가격이 아직 충분히 내려가지 않은 것이 하나이고, 물을 분해하는 장비(수전해 장치)가 아직 대량 생산 단계에 진입하지 않은 것이 다른 하나입니다. 두 가지 모두 빠르게 개선되고 있어 격차는 줄어드는 추세입니다.
비싸지만 주목받는 이유는 명확합니다. 탄소를 배출하지 않으면서 대규모로 수소를 만들 수 있는 유일한 방법이기 때문입니다. 현재 전 세계 수소의 약 0.1%만이 그린수소이지만, 주요국 정부가 사용을 법으로 의무화하기 시작하면서 이 비율은 빠르게 늘어날 전망입니다.
그렇다면 나머지 99.9%의 수소는 어떻게 만들어지는 것일까요. 그린수소와 비교되는 네 가지 수소를 살펴보겠습니다.
그레이수소란 ? 지금 가장 많이 쓰이는 수소
그레이수소는 천연가스를 고온 수증기와 반응시켜 수소를 뽑아내는 방식으로 만듭니다. 이 과정을 증기메탄개질(SMR)이라고 합니다. 쉽게 말해 천연가스를 쪼개서 수소를 꺼내는 것인데, 이 과정에서 CO₂가 함께 나옵니다. 수소 1톤을 만들 때 약 10~12톤의 CO₂가 배출됩니다.
현재 전 세계에서 생산되는 수소의 약 60%가 이 방식입니다. 가격이 kg당 $1~$2.5 수준으로 가장 저렴하기 때문입니다. 수십 년간 쌓인 인프라와 기술이 있어 당장 대체하기 어려운 것이 현실입니다.
참고로 석탄을 원료로 쓰는 경우는 갈색수소 또는 흑색수소라고 부르며 CO₂ 배출이 더 많습니다. 주로 중국에서 생산되며 전체 수소의 약 19~21%를 차지합니다.
블루수소란 ? 탄소를 잡아서 묻는 방식
블루수소는 그레이수소와 같은 방법으로 수소를 만들되, 나오는 CO₂를 포집해서 땅속에 저장하는 방식입니다. 이것을 CCS(Carbon Capture and Storage, 탄소 포집·저장)라고 합니다.
이론적으로는 CO₂의 90%까지 줄일 수 있다고 하지만, 실제 운영 중인 시설의 성적은 많이 다릅니다. 세계 최대 CCS 프로젝트인 호주의 고르곤(Gorgon)은 설계 목표의 약 3분의 1 수준밖에 달성하지 못했고, 캐나다의 Quest 프로젝트도 절반에 미치지 못했습니다. 또한 CCS는 공장에서 나오는 CO₂만 잡을 뿐, 천연가스를 캐고 운반하는 과정에서 새어 나오는 메탄은 전혀 잡지 못합니다.
가격은 kg당 $2~$3.5로 그레이수소보다 약간 비쌉니다. 현재 전 세계 수소의 약 0.5~0.7%만이 블루수소입니다.
청록수소란 ? 탄소를 고체로 남기는 방식
청록수소(turquoise hydrogen)는 천연가스를 800℃ 이상의 고온에서 열로 쪼개는 방식입니다. 이때 탄소가 CO₂ 기체가 아니라 고체(카본블랙) 형태로 남는다는 점이 특징입니다. 고체 탄소는 타이어, 배터리, 건축자재 등의 원료로 쓸 수 있습니다.
아직 상용화 초기 단계이며, 전 세계 수소 생산에서 차지하는 비중은 0.01% 미만으로 매우 적습니다.
핑크수소란 ? 원자력으로 만드는 수소
핑크수소(pink hydrogen)는 원자력 발전의 전기로 물을 수전해하는 방식입니다. 원전이 운전 중 CO₂를 거의 배출하지 않으므로 생산 과정의 탄소 배출이 매우 낮습니다. 원전은 날씨와 관계없이 24시간 일정한 전력을 공급하므로 수전해 장비를 쉬지 않고 가동할 수 있다는 장점도 있습니다.
한국에서는 수소환원제철 등 대규모 수소 수요처의 전력원으로 원전 활용이 논의되고 있으며, 프랑스와 미국에서도 실증이 진행 중입니다. 전 세계 비중은 0.01% 미만입니다.
한눈에 보는 수소 5종 비교
가격은 글로벌 평균 범위이며 지역에 따라 편차가 큽니다.
정리하면 현재 수소 시장은 그레이수소가 99% 이상을 차지하고 있습니다. 블루수소, 그린수소 등 탄소를 줄이는 수소는 전부 합쳐도 1%가 되지 않습니다. 그렇다면 왜 그린수소에 이렇게 주목하는 것일까요.
왜 결국 그린수소일까?
이유는 간단합니다. 탄소중립을 달성하려면 수소를 만드는 과정 자체에서 탄소가 나오면 안 됩니다.
그레이수소는 수소보다 CO₂를 더 많이 만들어냅니다. 블루수소는 CO₂를 포집하겠다고 하지만, 실제로 잡는 양이 이론의 절반에도 못 미치는 경우가 많고 원료인 천연가스 공급망의 메탄 누출은 아예 해결하지 못합니다. 청록수소와 핑크수소는 가능성은 있지만 아직 규모가 너무 작습니다.
탄소를 배출하지 않으면서 대규모로 수소를 생산할 수 있는 현실적인 방법은 현재로서는 그린수소뿐입니다. 이것이 과학적 이유입니다.
정책적으로도 방향이 정해지고 있습니다. EU는 2030년까지 산업용 수소의 42%를 그린수소로 채우도록 법으로 정했습니다. 미국은 그린수소 생산자에게 생산 비용의 절반 가까이를 세금 혜택으로 지원하고 있습니다. 중국은 이미 글로벌 그린수소 생산 용량의 절반을 확보했습니다. 한국도 청정수소 인증제를 시범 운영 중이며, 수소환원제철 실증 사업에 8,146억 원을 투입하기로 했습니다.
그린수소가 지금 비싼 것은 사실이지만, 주요 기관들은 2030년경 최적 조건 지역에서 kg당 $1~$2까지 내려갈 수 있다고 전망합니다. 가격을 좌우하는 두 가지 변수는 재생에너지 전기 가격과 수전해 장비 가격인데, 둘 다 빠르게 하락하고 있습니다. 재생에너지 전기 가격이 충분히 내려가고, 수전해 장비가 대량 생산되면, 그린수소는 그레이수소와 경쟁할 수 있는 가격대에 들어옵니다.
그린수소의 핵심은 수전해 기술이다
여기서 한 가지 짚어야 할 것이 있습니다. 그린수소를 만드는 핵심 장비가 바로 수전해 장치입니다.
수전해(水電解)는 물에 전기를 가해 수소와 산소로 나누는 기술입니다. 여기에 재생에너지 전기를 넣으면 그린수소, 원전 전기를 넣으면 핑크수소가 됩니다. 수소의 색깔을 결정하는 것은 전기의 출처이고, 그 전기를 수소로 바꾸는 변환 장치가 수전해입니다.
그린수소의 가격이 내려가려면 결국 수전해 장비의 효율이 높아지고 가격이 낮아져야 합니다. 실제로 수전해 장비 가격은 최근 수 년간 빠르게 하락하고 있으며, IEA에 따르면 2030년까지 현재의 절반 이하로 내려갈 전망입니다. 그래서 전 세계적으로 수전해 기술 개발에 막대한 투자가 이루어지고 있고, 기술 방식도 AWE(알칼라인), PEM(양이온교환막), AEM(음이온교환막), SOEC(고체산화물) 네 가지로 나뉘어 경쟁하고 있습니다.
HydroXpand는 이 수전해 기술을 소재부터 시스템까지 직접 개발하는 회사입니다. 그린수소 시대를 여는 핵심 장비, 수전해에 대해 더 알고 싶으시다면 블로그의 다른 글들을 확인해 보시기 바랍니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
그린수소란 무엇인가요?
그린수소는 태양광·풍력 같은 재생에너지 전기로 물을 분해(수전해)하여 만든 수소입니다. 생산 과정에서 탄소를 배출하지 않아 탄소중립의 핵심 수단으로 주목받고 있습니다.
그레이수소와 블루수소의 차이는 무엇인가요?
둘 다 천연가스에서 수소를 뽑아내지만, 블루수소는 이때 나오는 CO₂를 포집해서 땅속에 저장(CCS)합니다. 다만 실제 포집 성과는 이론치에 크게 못 미치는 사례가 보고되고 있습니다.
그린수소는 왜 비싼가요?
생산 원가의 대부분이 재생에너지 전기 비용입니다. 재생에너지 단가가 아직 충분히 내려가지 않았고, 물을 분해하는 수전해 장비도 대량 생산 이전 단계이기 때문입니다. 두 가지 모두 빠르게 개선되고 있습니다.
그린수소와 블루수소 중 어떤 것이 더 나은가요?
장기적으로는 그린수소가 더 유리합니다. 블루수소는 탄소를 포집하여 저장하는 방식이지만 실제 포집 성과가 이론에 크게 못 미치고, 원료인 천연가스 공급망의 메탄 누출은 해결하지 못합니다. 그린수소는 현재 가격이 더 높지만, 재생에너지 단가와 수전해 장비 가격이 동시에 하락하고 있어 격차가 빠르게 줄어들고 있습니다. EU, 미국 등 주요국도 정책적으로 그린수소를 우선하는 방향으로 움직이고 있습니다.
그린수소는 어떻게 만드나요?
물(H₂O)에 재생에너지 전기를 가하면 수소(H₂)와 산소(O₂)로 분해됩니다. 이 과정을 수전해라고 하며, 수전해 장치가 그린수소 생산의 핵심 장비입니다. 수전해 기술에는 AWE, PEM, AEM, SOEC 네 가지 방식이 있습니다.
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HydroXpand는 AEM 수전해 기술을 소재부터 시스템까지 수직 내재화한 회사입니다. 현재 8개국 이상의 연구기관과 산업체에 전극, 스택, 시스템을 납품하고 있습니다.
아래 소개서에는 이 블로그에서 다루지 않은 내용이 포함되어 있습니다.
제품별 상세 스펙 (양극, 음극, 2kW 스택, 30kW 스택, 시스템)
스택 효율·내구성에 대한 실측 데이터
수전해 타입별 정량 비교 - 효율, 단가, 시스템 비용
스케일업 로드맵 (2kW → 30kW → 250kW → MW)
수전해 장비 도입을 검토 중이시거나, 연구용 AEM 전극·스택이 필요하시거나, 기술 파트너십을 고려하고 계시다면, 아래의 회사소개서가 판단에 필요한 구체적인 정보를 제공해드릴 수 있습니다.