그린수소, 미래 에너지 패권을 바꿀까

그린수소, 미래 에너지 패권을 바꿀까

대학생신재생에너지기자단 27기 이서영, 천혜원, 28기 이건혁, 29기 염동혁, 조수윤

에너지 전환 시대, 수소가 주목받는 이유

탄소중립 실현과 기후위기 대응이 전 세계적인 과제로 떠오르면서, 수소는 탄소 배출이 적고 다양한 산업과 연계가 가능해, 단순 친환경 에너지를 넘어 향후 산업 경쟁력을 좌우할 전략 자원으로 평가받고 있다.  

그러나 수소에너지가 실제 산업 경쟁력으로 이어지기 위해서는 생산, 저장 및 운송, 충전 인프라 구축 등과 관련된 기술적·구조적 장벽이 여전히 존재한다. 특히 안정적인 공급망 구축과 인프라 확충은 수소 산업 확산의 핵심 요소로 꼽히고 있다.

국내에서도 2023년 이후 수소가 국가전략기술로 지정되며, 수소경제 전환이 본격적으로 추진되고 있고, 그린수소 생산 기반 역시 점차 현실화되고 있다. 다만 아직은 인프라 확대와 산업 기반을 구축하는 단계에 있어, 실제 활용 확대를 위해서는 기술 고도화와 경제성 확보가 중요한 과제로 남아 있다.

이처럼 수소는 탄소중립 달성뿐 아니라 에너지 안보와 산업 경쟁력 확보 측면에서도 미래 에너지 전환의 핵심 에너지로 평가되며, 그린수소가 실제 산업에서 어떤 역할을 할 수 있을지에 대한 관심도 점차 높아지고 있다.

한국 정부는 어떤 노력을 할까

한국 정부는 기후위기 시대에 화석연료 퇴출로부터 에너지 안보를 강화하기 위해 수소에너지를 제안해 왔다. 수소산업 본격화는 2019년 1월, 수소경제 활성화 로드맵을 발표하며 시작됐다. 수소경제 로드맵에는 수소차와 연료전지를 주력으로 삼으며 세계 최고의 수소경제 선도국으로 발전하겠다는 목표가 담겨 있다. 

수소경제 로드맵의 성공을 위해 정부는 여러 정책을 추진 중이다. 그 중 첫번째는 수소 생산 및 공급망 구축이다. 그린수소 기술 개발 및 사업에 대규모 지원을 통해 수소 도입을 추진하며, 해외 청정 수소 생산 기지 개발에도 참여했다. 더불어, 인센티브를 도입해 수소 생산 설비 구축에 대한 생산 단가를 낮춰 수소 생산의 기반을 확증했다. 

두번째는, 수소차 구매 시 보조금을 지원해 주고 수소를 활용한 버스 등 상용차의 보급을 확대하며, 수소 연료 선박 및 열차의 개발을 지원하는 등 수소 모빌리티 시장을 확대했다. 또한, 석유 화학 등 산업용 수소 연료 전환 및 기술 개발을 통해 수소의 활용이 확대되도록 했다. 이 밖에도 수소 충전소의 확대 설치 및 수소 배관망·저장 시설 구축 등 수소 산업 육성과 안정적인 공급을 위해 지원한다. 

2020년 7월, 수소경제위원회가 출범하며 한국의 수소경제 중요 정책을 수립하고 발전시키고자 했다. 국무총리는 수소경제위원회의 위원장을 역임하고, 8개 부처 장관과 산업계와 학계 등 민간 전문가들로 구성됐다. 

2022년에는 제2차 수소경제위원회에서 기존 RPS 시장에서 수소 산업이 분리되며, 전력시장에 수소연료전지로 생산한 전력의 일정량 구매를 의무화하는 ‘청정수소발전의무화제도(CHPS)’가 도입됐다. 해당 제도 내에서는 연료전지 공급 의무화 입찰 계약을 기반으로 해 수소경제의 견인 가능성을 높였다.

수소 산업과 도시 및 확장 전략

주요 강대국들은 수조원 규모의 예산을 투입해 그린수소 기술 경쟁에 나서고 있다. 미국의 인플레이션 감축법(IRA)은 청정수소 생산량에 비례해 kg당 최대 3달러의 세액공제 제공으로 민간 투자를 강력하게 유인하고 있으며, 유럽연합 수소 생산 기업에 10년간 차액 보조금을 지원하며 공격적인 정책을 펼치고 있다. 한국은 그린수소를 단순한 에너지 대체 수단이 아닌 전략 자산으로 육성하고 있다.

[자료 1. 수소경제 개념도]

출처 : 대한민국 정책브리핑

1. 수소 도시 2.0

그린수소 경제 실현을 위해서는 생산된 수소가 도시와 산업 현장으로 공급되는 인프라가 필수적이다. 정부는 이를 위해 '수소 도시 2.0' 전략과 '액화수소 유통망 확대'를 중심으로 산업 생태계를 확장하고 있다.

수소 도시는 수소를 핵심 에너지원으로 사용하는 미래형 도시 모델이다. 기존 수소 도시가 그레이수소를 활용해 공동주택과 충전소에 에너지를 공급한다면 수소 도시 2.0은 블루·그린수소를 활용 산업단지, 문화센터, 실버타운 등 모든 영역으로 활용처를 넓히는 것으로 한다. 2040년까지 수소 에너지 분담률 10%를 달성하기 위해 수소 배관망을 280km까지 확충하고, 전국적인 모니터링이 가능한 중앙 센터를 구축해 수소 생활권을 조성한다는 방침이다.

[자료 2. 12대 수소 도시 조성]

출처 : 국토교통부

현재 전국 12개 도시에서 수소 도시 조성을 본격화하고 있으며, 이는 지역별 특화여건과 결합해 시너지를 내고 있다. 예를 들어 평택과 보령은 블루수소 생산 기지로, 부안은 그린수소 거점으로, 울진은 원자력 수소 생산 지역으로 설정하고, 지역 균형 발전을 이끌어가고 있다.

2. 액화수소 인프라: 유통 혁신의 핵심

그린수소의 대량 운송과 저장을 위해 액화수소 기술은 필수적이다. 기체 수소를 영하 253도로 냉각한 액화수소는 부피가 기체 대비 800분의 1로 줄어들고, 운송 효율이 10배 이상 높으며 폭발 위험성이 낮아 도심지 충전소 구축에도 유리하다.

SK E&S는 인천에 연간 3만 톤 규모의 세계 최대 액화수소 플랜트를 준공해 본격적인 가동에 들어갔으며, 효성중공업은 울산에 독일 린데와 합작한 1만3000톤 규모의 플랜트를, 두산에너빌리티는 창원에 국내 1호 액화수소 플랜트를 구축했다. 시설들은 수소 버스 5000대 이상이 매년 충전할 수 있는 양의 수소를 공급하고, 이는 수소 상용차 보급 확산의 결정적 계기가 될 것이다.

그러나 초기 시장 형성 과정에서 수요와 공급의 시차로 인한 어려움도 보인다. 창원과 인천의 일부 플랜트가 수요 부족으로 가동률을 조절하며 적자를 감수하는 사례가 발생하고 있다. 이를 해결하기 위해 정부와 지자체는 수소 버스 및 트럭으로의 전환 보조금을 확대하고, 액화수소 충전소를 2026년까지 40개소 이상 조기 구축하는 등 수요 창출을 위한 민관 협력을 강화하고 있다.

3. 수전해 기술의 경제성 확보 및 극복

[자료 3. 알칼라인 및 PEM 수전해의 비교 기술경제성분석 연구 개념도]

출처 : 이투뉴스

그린수소 생산의 핵심인 수전해 기술은 전 세계에서 경쟁이 벌어지고 있는 분야다. 현재 알칼라인(AWE) 방식은 9~10단계의 완성도를 보이나 전력 부하 변동에 민감하다. 재생에너지와의 연계성 측면에서 고분자 전해질(PEM) 방식이 8~9단계의 성숙도로 급격히 부상하고 있다. 그린수소의 경제성을 결정하는 균등화 수소 원가 LCOH는 다음과 같은 수식으로 분석할 수 있다.

[자료 4. 경제성 분석 지표 LCOH 계산식]

출처 : 제주도 MW급 저온 수전해 수소 생산 시스템의 그린수소 생산 능력 및 경제성 분석

여기서 CAPEX는 초기 설비 투자비, OPEX는 운영 비용, R_carbon은 탄소배출권 수익, M_H2는 수소 생산량이다. LCOH를 2030년까지 낮추기 위해서는 저렴한 재생에너지 전력 확보가 필요하고, 수전해 시스템의 대형화를 통한 규모의 경제 실현과 스택의 내구성 향상이 필수적이다.

“탄소 대신 물을 남긴다”... 수소, 다양한 산업 분야의 중심에 서다

수소는 에너지 전환 국면에서 단순한 연료를 넘어 산업 구조를 재편하는 핵심 원료로 부상하고 있다. 기존 화석연료 기반 공정이 필연적으로 탄소를 배출해 왔다면, 수소는 같은 기능을 수행하면서 탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있다는 점에서 주목받는다. 특히 수소는 정유, 화학, 철강 등 기존 중후장대 산업에서 이미 활용되고 있거나, 활용 전환이 빠르게 진행 중인 산업용 물질이다. 

대표적인 사례는 2026년인 올해 본격적으로 진행될 수소환원제철 분야이다. 기존 용광로 제철은 코크스를 불완전 연소시켜 생성된 일산화탄소를 환원제로 사용해 철광석을 환원하는 방식으로, 공정 구조상 대량의 이산화탄소 배출이 불가피했다. 반면 수소환원제철은 석탄, 천연가스와 동일하게 산소를 떼어내는 환원제 역할을 수소가 수행하되, 환원 과정에서 이산화탄소 대신 물만 배출한다는 점에서 근본적인 차이를 가진다. 이 공정에서는 환원로에서 고온의 수소로 철광석을 환원하여 DRI(고체 철)를 생산한 뒤, 이를 전기로에서 용해해 쇳물을 제조한다.

[자료 5. 환원제에 따른 철강 제조 공정 비교]

출처 : 포스코 그룹 뉴스룸

다만 정부가 제시한 해외 생산 수소 도입 전략은 액화 및 운송 비용을 충분히 반영하지 못했다는 지적이 이어지고 있으며, 이로 인해 국내 그린수소 보급과 수소환원제철의 경제성에 대한 불확실성도 여전히 남아있다. 그럼에도 재생에너지 확대와 국내 그린수소 인프라가 구축될 경우, 철강 1톤 생산 비용이 크게 절감될 수 있다는 분석은 산업 전환의 가능성을 시사한다.

[자료 6. 제2차 수소경제 이행 기본계획에 제안하는 철강부문 수소 활용 로드맵]

출처 : SFOC(기후솔루션)

한편 2025년 기준 수소가 가장 많이 사용되는 산업을 살펴보면 정유 및 화학 분야다. 수소는 석유 정제 과정에서 유황을 제거하는 탈황 공정, 중질유를 분해하는 개질 공정, 그리고 암모니아와 메탄올은 비료와 화학소재를 넘어 연료 및 수소 운반체로까지 활용 범위가 확장되며, 수소 산업 전체에서 가장 큰 비중을 차지하고 있다.

[자료 7. 세계 수소와 수소 기반 연료의 수요량]

출처 : GS칼텍스미디어허브

최근에는 그린수소를 기반으로 암모니아와 메탄올을 동시에 생산해 탄소중립 연료와 친환경 화학 원료로 전환하려는 프로젝트도 본격화되고 있다. 이처럼 수소는 기존 산업의 보조 수단이 아니라, 탄소 배출을 줄이기 위한 핵심 축으로 산업 전반에 깊숙이 침투하고 있다.

그린수소로 그린 대한민국의 미래

수소 산업 발전을 위해 한국 정부와 다양한 기업의 노력이 이어지고 있다. 정부는 수소경제 활성화 로드맵과 수소경제위원회를 통해 수소 생산, 공급망 구축, 수소 모빌리티 및 수소 도시 관련 전략을 수립하고 적극 지원했다. 이러한 정책을 바탕으로 기업은 운송과 저장을 위해 액화 수소 인프라를 구축하고, 그린수소의 경제성을 확보하기 위해 수전해 기술을 연구하며, 제철, 정유 등의 분야까지 활용 범위를 넓히고 있다. 

이와 같은 산업에서는 그린수소 도입을 통해 화석 연료에 의존적인 대한민국 경제에서 탄소 중립을 실현하고, 에너지 공급 안정성을 높일 수 있다. 더 나아가, 일자리 창출 및 글로벌 시장 산업 경쟁력 측면에서도 긍정적인 효과를 보일 것으로 추측된다.

물론 수요 부족 및 경제성에 대한 우려 섞인 시선도 존재한다. 하지만, 장기적인 관점에서 정부가 선명한 방향성을 지닌 정책으로 이끌어나가고, 그 속에서 기업의 지속적인 기술 개발과 투자가 이루어진다면 그린수소가 시장을 제패할 수 있을 것으로 기대된다.

수소에 대한대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "[세계 수소 여행] 중국: 세계 1위 수소 생산국", 25기 이예영, https://renewableenergyfollowers.org/renewable-energy/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=169051409&t=board

2. "[세계 수소 여행] 미국: 탄탄한 제도로 자라나는 청정수소", 25기 이예영, https://iksung.tistory.com/202

참고문헌 

[에너지 전환 시대, 수소가 주목받는 이유] 

1)  마켓인사이트, “수소차 전환의 문턱에서, 충전 인프라의 해법을 찾다 [삼정 KPMG CFO Lounge]”, 한국경제, 26.02.11, https://www.hankyung.com/amp/202602118755r

2) 한상원, “2025년 전망-수소·연료전지분야 기대감과 우려 공존…산학연 협력 통해 결과 보여줘야”,  가스신문, 25.01.03, https://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=118396

[한국 정부는 어떤 노력을 할까]

1) “수소발전의무화제도”, 한국경제 경제용어사전, https://dic.hankyung.com/economy/view?seq=14705

2) 최나영, “[수소경제 톺아보기] 수소에너지는 ‘친환경’일까”, 뉴스펭귄, 2022.07.04, https://www.newspenguin.com/news/articleView.html?idxno=11850

[수소  산업과 도시 및  확장 전략] 

1) 국토교통부, "성큼 다가온 수소시대, ‘수소도시 2.0 추진전략’으로 도시와 수소의 새로운 밑그림 제시", 2024.11.01, https://www.korea.kr/docViewer/skin/doc.html?fn=eef4e5f6ff5b1325d1e2681a05d24038&rs=/docViewer/result/2024.11/01/eef4e5f6ff5b1325d1e2681a05d24038

2) 대한민국 정책브리핑, "수소 경제", 2019.01.28, https://www.korea.kr/news/policyNewsView.do?newsId=148857966

3) (사)한국수소연합, “{국제협력실}주요국 청정수소 지원 정책” , 2025. 05, https://h2hub.or.kr/main/yard/hydrogen_strategy_by_country.do?mode=download&articleNo=2670&attachNo=5130

4) 최인영, "전력망 활용한 수전해 최적 운영전략 도출", 이투뉴스, 2025.03.06, https://www.e2news.com/news/articleViewAmp.html?idxno=317713

[“탄소 대신 물을 남긴다”... 수소, 다양한 산업 분야의 중심에 서다]

1) 기후솔루션 (For Our Climate), “수소환원제철 국내 정착을 위한 핵심 과제: 그린수소 조달 방안을 중심으로”, 2025.06.25, https://forourclimate.org/ko/research/587

2) 포스코그룹 뉴스룸, "포스코 HyREX 수소환원제철 기술 심층 소개", 2022.05.10, https://newsroom.posco.com/kr/%EC%A0%80%ED%83%84%EC%86%8C-%EC%B9%9C%ED%99%98%EA%B2%BD-%EC%A0%9C%EC%B2%A0-%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4-%EB%8C%80%EC%A0%84%ED%99%98-%ED%8A%B9%EC%A7%91-%EA%B8%B0%ED%9A%8D-%E2%91%A0-hyrex/ 

3) GS칼텍스 미디어허브, "수소에너지산업의 현재와 미래", 2021.08.12, https://gscaltexmediahub.com/energy/column-hydrogen-energy-present-future/

[그린수소로 그린 대한민국의 미래] 

1) 이철용, “국제 그린 수소 동향 및 시사점”, 세계 에너지시장 인사이트, 제24-8호, p3, 2024.04.12,  https://www.keei.re.kr/board.es?mid=a10103010000&bid=0003&act=view&list_no=84281