수소 저장 방법 4가지 - 고압, 액화, LOHC, 암모니아 비교 (2026)
안녕하세요, 음이온 교환막(AEM) 수전해 기술로 청정수소 생산 단가를 낮추고 있는 HydroXpand입니다.
오늘은 수소를 저장하고 운송하는 네 가지 방법이 각각 어떤 것이고 무엇이 다른지를 정리합니다.
수소 사업 자료를 보다 보면 액화수소와 LOHC, 암모니아 같은 말이 저장 방식으로 나란히 등장합니다. 같은 수소를 다루는데 왜 이렇게 여러 방법이 있는지, 그리고 왜 하나로 정리되지 않는지는 자료에 잘 설명돼 있지 않습니다.
수소를 만드는 일과 옮기는 일은 이어져 있어서, 어느 쪽을 검토하시든 다른 쪽의 조건을 알아야 판단이 섭니다. 이번 글에서는 많은 분들이 궁금해하시는 수소 저장 방법을 하나씩 살펴보겠습니다.
수소 저장, 핵심만 먼저
수소를 저장하는 방법이 여러 개인 이유는 어느 하나도 조건을 다 만족시키지 못하기 때문입니다.
수소는 상압에서 1세제곱미터에 0.0838kg밖에 담기지 않습니다. 그대로는 옮길 수 없는 양입니다.
그래서 압축하거나, 액체로 만들거나, 다른 물질에 붙여서 옮깁니다.
고압 압축은 가장 널리 쓰이지만 용기 값이 비싸고 부피당 담기는 양에 한계가 있습니다.
액화는 부피를 약 800분의 1로 줄이는 대신 영하 253도를 유지해야 하고 액화에만 압축의 세 배 넘는 전력이 듭니다.
LOHC와 암모니아는 상온에 가까운 조건에서 다루는 대신, 쓸 때 수소를 다시 떼어내는 공정이 필요합니다.
부피당 담기는 양과 옮길 거리, 다루는 규모에 따라 맞는 방법이 갈립니다.
수소 저장이 어려운 이유
수소는 무게당 에너지가 큽니다. 문제는 부피입니다.
상압 상태의 기체수소는 1세제곱미터에 0.0838kg이 담깁니다. 이 상태로는 트럭에 실어도 실은 것이 거의 없고, 탱크를 지어도 담기는 것이 거의 없습니다.
수소 저장 기술이라고 부르는 것들은 전부 이 문제를 푸는 방법입니다. 밀어 넣어 압력을 올리거나, 온도를 낮춰 액체로 만들거나, 아예 다른 물질에 붙여서 그 물질을 옮기는 것입니다.
여기에 고체 저장이라는 방법도 있습니다. 고체 물질의 내부나 표면에 수소를 담아두는 방식인데, 무게당 담기는 양이 적어 차량에는 맞지 않습니다. 대신 한자리에 두고 오래 저장하는 용도에서는 쓰임새가 인정받고 있으며, 독일에서는 잠수함 연료전지의 보조 전원 공급에 실제로 적용돼 운용되고 있습니다.
부피를 줄이려면 에너지를 쓰거나 공정을 추가해야 하고, 그 대가가 방법마다 다릅니다. 그래서 하나로 정리되지 않고 여러 방법이 함께 쓰이고 있습니다. 아래에서는 실제 산업에서 주로 논의되는 네 가지를 차례로 살펴보겠습니다.
고압 기체 저장, 가장 널리 쓰이는 방법
지금 실제로 가장 많이 쓰이는 방법은 압축입니다. 기체 상태 그대로 압력을 높여 밀어 넣습니다.
압축 압력은 용도에 따라 다릅니다. 산업용 저장과 운송에서는 200bar 이상이 일반적이고, 수소 충전소나 차량에서는 350bar에서 700bar 수준까지 올라갑니다.
이 압력을 견디는 용기는 구조에 따라 네 가지로 나뉩니다.
고압 저장의 문제는 용기 값입니다. 고압 탱크 제조에 쓰이는 소재가 저장 비용의 65% 이상을 차지합니다. 압력을 견디려면 탄소섬유 복합재료 같은 비싼 소재를 써야 하는데, 이 비용이 그대로 저장 단가에 얹힙니다.
부피당 담기는 양에도 한계가 있습니다. 뒤에서 보겠지만 압축한 기체에 담기는 수소의 양은 액체로 만들거나 다른 물질에 붙이는 쪽에 미치지 못합니다. 그래서 소량을 가까운 곳으로 옮길 때는 압축이 가장 무난하지만, 대량을 멀리 보내려 하면 다른 방법을 찾게 됩니다.
액화수소 저장, 부피를 800분의 1로 줄이는 방법
액화는 수소를 액체로 만들어 저장하는 방법입니다. 기체 부피를 약 800분의 1로 줄일 수 있습니다.
효과는 분명합니다. 같은 용량의 충전소를 지을 때 액화수소는 6평이면 되지만 기체수소는 127평이 필요합니다. 시간당 50kg을 다루는 충전소를 기준으로 한 값입니다. 한 번에 옮길 수 있는 양도 액화 3,000kg 대 기체 250kg으로 크게 벌어집니다. 압력도 대기압 수준에서 다룰 수 있어 고압 규제에서 자유롭습니다.
대가는 온도입니다. 수소는 영하 252.7도에서 액체가 되며, 보통 영하 253도로 표기합니다. 이 온도까지 내리는 데 에너지가 많이 듭니다. 수소 1kg을 700bar로 압축할 때 3kWh가 들어가는데, 같은 1kg을 액화하는 데는 10kWh 이상이 들어갑니다. 액화 공정은 기체 압축 대비 kg당 1,680원의 비용이 추가로 발생합니다.
영하 253도를 유지하는 것도 계속되는 부담입니다. 아무리 단열해도 열은 조금씩 들어오고, 들어온 열만큼 수소가 증발합니다. 이 손실은 하루 단위로 발생하며 저장 조건에 따라 폭이 큽니다. 저장 기간이 길어질수록 손실이 쌓이기 때문에 대용량 저장 탱크와 인수 기지 같은 초기 인프라가 함께 요구됩니다.
LOHC 저장, 상온에서 다루는 방법
LOHC는 액상유기수소운반체의 약자입니다. 수소를 유기 화합물에 화학적으로 붙여서 액체 상태로 저장하고 운송하는 방법입니다.
대표적인 물질로는 메틸시클로헥산과 N-메틸카바졸, 디벤질톨루엔의 수소화 화합물이 있습니다. 가장 널리 알려진 방식은 톨루엔을 쓰는 것입니다. 톨루엔에 수소를 붙이면 메틸시클로헥산이 되고, 이것을 배로 옮긴 다음 수요처에서 수소를 떼어냅니다. 남은 톨루엔은 다시 돌려보내 처음부터 반복합니다.
이 방법의 장점은 조건입니다. 상온과 상압에 가까운 조건에서 다룰 수 있어 극저온 설비도, 고압 용기도 필요 없습니다. 다루는 물질이 석유화학 제품과 성질이 비슷해서 기존 저장 탱크와 유조선을 그대로 쓸 수 있고, 상온에서 오래 두어도 됩니다.
대신 단점도 분명합니다. 수소를 떼어내는 탈수소화 공정에 열과 촉매가 들어가고 설비도 따로 지어야 합니다. 부피당 담기는 수소의 양도 액화수소나 암모니아보다 적습니다. 운반체로 쓸 유기 화합물 자체를 사서 채워 넣어야 하므로 초기 투자 비용도 큽니다.
다만 기술적 완성도는 아직 낮은 편입니다. 개발은 일본이 가장 앞서 있고, 브루나이에서 받은 수소를 톨루엔에 실어 배로 옮기는 실증을 진행했습니다. 독일은 디벤질톨루엔을 이용한 저장과 재방출 기술을 확보했습니다. 국내에서도 경제성을 높이고 대량 생산이 가능하도록 연구가 진행되고 있으나, 네 가지 방법 중에서는 가장 뒤에 있습니다.
암모니아 저장, 이미 인프라가 있는 방법
암모니아는 질소 하나에 수소 셋이 붙은 물질입니다. 수소를 암모니아로 바꿔 옮긴 뒤 필요할 때 다시 떼어내는 방식으로 쓰입니다.
암모니아가 주목받는 첫 번째 이유는 액화 조건입니다. 끓는점이 영하 33도라서 수소의 영하 253도와 비교가 되지 않습니다. 25도에 8bar 정도면 액체가 되므로 특별한 극저온 설비 없이 다룰 수 있습니다. 부피당 담기는 수소의 양도 액화수소보다 많습니다.
두 번째 이유는 이미 쓰이고 있다는 점입니다. 암모니아는 오래전부터 비료 원료로 대량 생산되고 거래돼 왔습니다. 저장 탱크와 운반선, 항만 설비, 안전 규정이 전부 갖춰져 있습니다. 새로 짓지 않아도 되는 인프라가 있다는 것은 다른 방법에는 없는 조건입니다.
문제는 독성과 부식성입니다. 암모니아는 맹독성 물질로 분류되며 금속을 부식시킵니다. 30ppm 정도만 새어 나와도 작업자가 심한 자극을 호소할 정도입니다. 누출 감지와 긴급 차단 설비를 갖추는 것이 전제 조건입니다.
또 하나는 다시 수소로 만드는 공정입니다. 암모니아에서 수소를 떼어내려면 수백 도의 열이 필요하고, 촉매를 쓰면 온도를 낮출 수 있습니다. 이 과정을 암모니아 크래킹이라고 부르며 여기서 에너지 손실이 발생합니다. 암모니아를 수소로 되돌리지 않고 그 자체로 연료로 쓰는 방향이 함께 검토되는 것도 이 손실 때문입니다.
수소 저장 방법은 거리와 규모가 정합니다
네 가지 방법 중 무엇이 낫다고 말하기 어렵습니다. 조건이 다르기 때문입니다.
먼저 부피당 얼마나 담기는지를 보겠습니다.
암모니아가 고압 기체의 세 배 가까이 담습니다. 다만 담기는 양만으로 정해지지 않습니다. 암모니아는 독성을 관리해야 하고 쓸 때 다시 떼어내야 합니다. LOHC는 담기는 양이 가장 적지만 상온에서 다룰 수 있습니다.
거리도 판단 기준입니다. 1,500km를 넘는 장거리에서는 수소를 다른 물질로 바꿨다가 되돌리는 비용을 감안하더라도 캐리어를 쓰는 편이 효율적이라는 분석이 있습니다. 반대로 가까운 거리라면 변환 공정 없이 압축한 기체를 그대로 옮기는 쪽이 단순합니다.
운송 수단도 단가를 크게 바꿉니다. 암모니아를 기준으로 수소 1톤을 1km 옮기는 비용은 트럭 446.8원, 철도 54.16원, 선박 40.62원입니다. 트럭이 선박보다 열 배 넘게 비쌉니다. 규모가 클수록 단가가 내려가기 때문에 대량 운송일수록 선박이 유리해집니다.
비용은 수소 1톤을 기준으로 생산부터 사용까지 합산했을 때 암모니아가 약 654만원, 액화수소가 790만원에서 1,360만원으로 분석됐습니다. 2024년에 발표된 값이며 전력 단가와 환율에 따라 달라집니다.
소량을 가까이 보낼 때는 고압 압축, 대량을 빠르게 쓸 때는 액화, 기존 인프라를 활용해 멀리 보낼 때는 암모니아, 상온 취급이 중요할 때는 LOHC가 후보가 됩니다.
수소 저장 자주 묻는 질문
Q1. 수소는 왜 그대로 저장하기 어렵나요?
부피당 담기는 양이 너무 적기 때문입니다. 상압 기체 상태에서는 1세제곱미터에 0.0838kg밖에 들어가지 않습니다. 그래서 압축하거나 액화하거나 다른 물질에 붙여서 부피를 줄입니다.
Q2. 액화수소가 좋은데 왜 다 쓰지 않나요?
영하 253도를 만들고 유지해야 하기 때문입니다. 수소 1kg을 700bar로 압축하는 데 3kWh가 드는 반면 액화에는 10kWh 이상이 듭니다. 저장 중에도 열이 들어와 수소가 조금씩 증발합니다.
Q3. LOHC는 어떤 원리인가요?
톨루엔 같은 유기 화합물에 수소를 화학적으로 붙여 액체 상태로 옮기고, 수요처에서 다시 떼어내는 방식입니다. 상온과 상압에 가까운 조건에서 다룰 수 있고 기존 석유화학 설비를 활용할 수 있습니다. 다만 부피당 담기는 수소의 양이 네 방법 중 가장 적고 기술적 완성도도 아직 낮습니다.
Q4. 암모니아는 독성이 있는데 왜 쓰나요?
액화 조건이 훨씬 쉽고 인프라가 이미 있기 때문입니다. 끓는점이 영하 33도이며 비료 원료로 오래 쓰여 저장과 운송 체계가 갖춰져 있습니다. 독성은 누출 감지와 긴급 차단 설비로 관리합니다.
Q5. 어떤 저장 방법이 가장 좋은가요?
조건에 따라 갈립니다. 거리가 짧고 양이 적으면 고압 압축이, 장거리 대량 운송이면 캐리어가 유리합니다. 1,500km를 넘으면 변환 비용을 고려해도 캐리어가 효율적이라는 분석이 있습니다.
마치며
수소 저장 방법이 여러 갈래로 나뉘는 것은 기술이 정리되지 않아서가 아닙니다. 부피를 줄이려면 무언가를 내줘야 하고, 무엇을 내줄지가 상황마다 다르기 때문입니다.
해외에서 들여오거나 대규모로 공급받아야 하는 경우라면 저장과 운송은 피할 수 없으며, 앞의 네 가지 중 조건에 맞는 것을 고르게 됩니다. 반대로 쓰는 곳에서 직접 만들면 이 단계 자체가 줄어듭니다. 저장과 운송은 수소를 만든 곳과 쓰는 곳이 멀 때 생기는 비용이기 때문입니다.
HydroXpand는 재생에너지로 만든 전기를 그 자리에서 수소로 바꾸는 AEM 수전해 기술에 집중하고 있습니다. 수소 기술과 청정수소 전환에 대한 소식을 이어서 받아보고 싶으시다면 블로그 구독을 신청해 주시기 바랍니다.