청록수소란 - 이산화탄소 없이 수소를 만드는 메탄 열분해 (2026)
안녕하세요, 음이온 교환막(AEM) 수전해 기술로 청정수소 생산 단가를 낮추고 있는 HydroXpand입니다.
오늘은 청록수소가 무엇이고 어떻게 만들어지는지, 그리고 지금 국내외에서 어디까지 와 있는지를 정리합니다.
지금 세계에서 쓰이는 수소는 대부분 천연가스나 석탄에서 뽑아내며 그 과정에서 이산화탄소가 나옵니다. 그래서 수소를 어떻게 만들 것인가를 두고 여러 방법이 경쟁하고 있고 방법마다 색깔 이름이 붙습니다.
청록수소는 그중에서도 조금 특이합니다. 다른 방식들이 나온 이산화탄소를 어떻게 처리할지 고민하는 사이, 청록수소는 이산화탄소를 아예 만들지 않고 검은 가루 형태의 탄소를 내놓습니다.
HydroXpand도 같은 문제를 다른 방식으로 풀고 있어 물과 재생에너지로 수소를 만드는 수전해 기술을 개발하고 있습니다. 이번 글에서는 많은 분들이 궁금해하시는 청록수소를 하나씩 살펴보겠습니다.
청록수소 핵심만 먼저
청록수소는 나오는 물질부터 다릅니다.
청록수소는 도시가스의 주성분인 메탄을 고온에서 쪼개 수소와 고체 탄소를 얻는 방식입니다.
탄소가 기체가 아니라 만질 수 있는 검은 가루로 나오기 때문에 포집해서 땅에 묻는 과정이 필요 없습니다.
이 고체 탄소는 타이어와 페인트, 배터리 소재로 쓰이는 카본블랙이 되어 팔립니다.
문제는 이 탄소를 팔아야 수지가 맞는다는 점이며 못 팔면 수소값이 크게 뜁니다.
국내에서는 수도권매립지에 하루 3톤 규모 플랜트를 짓는 국가 과제가 진행 중입니다.
남은 쟁점은 팔려나간 탄소가 결국 소모될 때 이것을 탄소를 가둔 것으로 볼 수 있느냐입니다.
청록수소란 무엇인가
수소는 눈에 보이는 색이 없습니다. 그런데도 그레이수소, 블루수소, 그린수소처럼 색깔 이름이 붙는 이유는 만드는 방법을 구분하기 위해서입니다.
가장 흔한 방식부터 보면 이해가 쉽습니다. 천연가스에 뜨거운 수증기를 넣어 수소를 뽑아내는 방식이 지금의 주류이며 이때 함께 나온 이산화탄소가 그대로 대기로 나가면 그레이수소가 됩니다. 나온 이산화탄소를 붙잡아 땅속에 묻으면 블루수소이고, 물에 전기를 흘려 쪼개면 그린수소입니다.
청록수소는 이 셋과 출발점이 다릅니다. 천연가스를 쓰지만 수증기를 넣지 않고 공기가 없는 상태에서 아주 뜨겁게 가열합니다. 그러면 메탄이 수소와 탄소로 갈라지는데, 이때 탄소가 이산화탄소가 아니라 고체 덩어리로 나옵니다.
화석연료를 원료로 쓰면서도 이산화탄소를 내지 않는다는 점에서, 청록수소는 기존 구분 어디에도 딱 들어맞지 않습니다.
청록수소는 어떻게 만들어지나
원리는 단순합니다. 메탄은 가정에서 쓰는 도시가스의 주성분이며 탄소 하나에 수소 네 개가 붙어 있는 분자입니다. 여기에 아주 높은 열을 가하면 결합이 끊어지면서 수소는 기체로 날아가고 탄소는 가루로 남습니다.
핵심은 공기를 넣지 않는다는 점입니다. 공기가 있으면 탄소가 산소와 만나 이산화탄소가 됩니다. 산소를 차단한 상태에서 열만 가하기 때문에 이산화탄소가 만들어지지 않고 탄소가 고체로 남습니다.
열을 어떻게 공급하느냐에 따라 방식이 갈립니다. 전기로 반응기를 데우기도 하고 플라즈마를 쓰기도 합니다. 국내 과제에서는 플라즈마 방식을 채택하고 있습니다.
같은 원료를 쓰면서도 이산화탄소가 나오지 않는다는 점이 이 방식의 출발점입니다.
청록수소의 장점 - 땅에 묻지 않아도 됩니다
블루수소는 이산화탄소를 붙잡아 지하 깊은 곳에 저장해야 합니다. 국내 청록수소 과제를 총괄하는 연구책임자의 설명에 따르면 청정수소로 인정받으려면 이산화탄소를 90퍼센트 이상 포집해 지중에 저장해야 하는데, 저장할 장소를 확보하는 일 자체가 숙제로 남아 있습니다.
청록수소에는 이 단계가 없습니다. 탄소가 처음부터 고체로 나오기 때문에 포집 설비도 저장소도 필요하지 않습니다.
국내 과제 설명 자료는 청록수소가 그린수소 생산에 필요한 수전해보다 재생에너지 소비량이 적다는 점을 장점으로 듭니다. 다만 열을 어떤 방식으로 공급하느냐에 따라 전력 사용량은 공정마다 달라집니다.
그래서 청록수소는 재생에너지가 부족한 나라에서 특히 매력적인 선택지로 거론됩니다.
나온 탄소를 팔아야 수지가 맞습니다
여기서 청록수소의 실질적인 조건이 나옵니다. 수소를 만들면서 나온 검은 가루는 버리는 물질이 아니라 팔리는 상품입니다.
이 가루는 카본블랙이라고 부릅니다. 타이어를 검게 만들고 단단하게 하는 그 재료입니다. 이 밖에도 페인트와 잉크, 플라스틱, 배터리 소재로 쓰입니다.
문제는 이 판매 수익이 있어야 계산이 맞는다는 점입니다. 한국에너지공대와 한국기계연구원 연구진이 여러 청록수소 공정의 생산 비용을 비교한 연구를 보면, 부산물 판매 수익을 빼고 계산했을 때 수소 1킬로그램당 생산비가 눈에 띄게 올라갑니다. 부산물을 폭넓게 팔 수 있는 공정일수록 그 차이가 크게 벌어집니다.
즉 청록수소는 수소만 파는 사업이 아니라 수소와 탄소를 함께 파는 사업입니다. 탄소 시장이 받쳐주지 않으면 기술이 아무리 잘 돌아가도 수지가 맞지 않습니다.
수소를 만드는 방법은 하나가 아닙니다. HydroXpand는 그중에서 물과 재생에너지만으로 수소를 만드는 수전해를 택했고 AEM 수전해 기술로 청정수소의 생산 단가를 낮추는 문제에 집중하고 있습니다. 수전해 기술과 청정수소 전환에 대한 소식을 이어서 받아보고 싶으시다면 블로그 구독을 신청해 주시기 바랍니다.
청록수소 자주 묻는 질문
Q1. 청록수소는 친환경 수소인가요?
만드는 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않는다는 점은 분명합니다. 다만 원료가 천연가스라 화석연료를 쓴다는 점은 남고, 함께 나오는 고체 탄소가 어떻게 처리되느냐에 따라 평가가 달라집니다.
Q2. 청록수소와 블루수소는 어떻게 다른가요?
둘 다 천연가스를 원료로 쓰지만 탄소가 나오는 형태가 다릅니다. 블루수소는 이산화탄소가 기체로 나와 이를 붙잡아 땅에 묻어야 하고, 청록수소는 처음부터 고체 탄소로 나와 묻을 필요가 없습니다.
Q3. 청록수소에서 나오는 검은 가루는 뭔가요?
카본블랙이라고 부르는 탄소 가루입니다. 타이어와 페인트, 잉크, 플라스틱, 배터리 소재로 쓰이며 이 가루를 파는 수익이 청록수소 사업의 경제성을 좌우합니다.