지구엔 이롭지만 지갑엔 부담: 한국 그린수소의 경제성

지구엔 이롭지만 지갑엔 부담: 한국 그린수소의 경제성

대학생신재생에너지기자단 29기 임혜원

가격에 발목 잡힌 그린수소

수소는 생산 방식에 따라 그레이, 블루, 그린수소 등으로 분류된다. 현재 우리나라는 화석연료를 기반으로 한 그레이수소를 중심으로 형성돼 있으나, 생산 과정에서 다량의 이산화탄소를 배출한다는 한계를 지니고 있다. 이에, 앞으로의 수소는 재생에너지에서 나온 전기로 물을 분해해 온실가스 배출이 전혀 없는 ‘그린수소’로의 전환이 필수적이다. 그럼에도 현재 그린수소 도입이 지연되는 결정적인 원인은 바로 ‘경제성’에 있다.

[자료 1. 국내 그린수소 충전소 가격 현황]

출처: 수소유통정보시스템

그린수소는 기존 수소 대비 생산 단가가 몇 배 이상 높기 때문에 당장 상용화에는 시간이 더 필요한 상황이다. 하지만 글로벌 재생에너지 발전 단가가 하락하고 수전해 기술이 고도화됨에 따라, 그린수소의 경제성은 점차 개선될 것으로 전망된다. 그렇다면 이 그린수소가 왜 아직 우리 경제에 무거운 부담으로 다가오는지, 수소 시스템의 비용 구조를 들여다볼 필요가 있다.

수소의 값을 결정짓는 '운영비(OPEX)'와 '초기 투자비(CAPEX)'

그린수소의 가격은 수소 균등화 원가를 의미하는 LCOH(Levelised Cost of Hydrogen)를 통해 확인할 수 있다. LCOH는 운영비(OPEX)와 초기 투자비(CAPEX)로 결정된다.

우선, 운영비(OPEX)에서 가장 결정적인 요인은 ‘전기 생산 비용’이다. 전력 비용은 그린수소 생산 원가의 50~75%를 차지할 정도로 막대한 비중을 차지한다. 전기 요금이 10% 오르면 수소 가격은 6~8% 상승하기에 전기 단가가 낮은 국가일수록 수소 경쟁력이 높아진다. 재생에너지의 문제 중 하나인 ‘간헐성’ 또한 비용을 부추긴다. 그린수소를 생산하기 위해서는 재생에너지로 만든 전기가 필수적인데, 태양광이나 풍력의 경우 날씨에 따라 발전량이 변동하는 간헐적 특성을 지닌다. 이 간헐성으로 인해 장치 가동과 중단이 반복돼 장비가 빨리 낡아버리고 수명과 효율이 떨어지는 열화 현상이 발생한다. 이를 해결하기 위해 에너지저장장치(ESS)나 기존 전력망을 연계할 필요가 있지만, 이 역시 추가적인 비용을 발생시킨다. OPEX의 경우 전력뿐만 아니라 원료, 유지보수 또한 큰 비중을 차지하며 수소원가에 직접적으로 영향을 준다.

설비 투자비(CAPEX)는 수전해 장치를 비롯해 배관, 압축기, 정제 장비 등 수전해 시스템을 구축하기 위한 초기 투자비용이다. 설비가 많은 만큼, 설비 투자비 또한 높다. CAPEX의 경우 설비 규모가 작으면 단가가 올라가고, 규모가 커질수록 단가가 내려간다. 프로젝트 규모가 커질수록 초기 투자비의 총액은 늘지만, MW당 단가로는 감소하는 경향이 검토된다.

결국 그린수소의 경제성 확보를 위해서는 설비 대형화를 통한 CAPEX 절감과, 저렴하고 안정적인 재생에너지 전력 확보를 통한 OPEX 최소화라는 두 가지 과제를 해결해야 한다.

수입 의존에 맞선 제주의 도전: '직접 PPA'로 단가 낮춘다

제주특별자치도는 재생에너지를 활용한 그린수소 생산을 확대하는 정책을 추진하고 있다. 제주도는 풍력과 태양광 발전에 유리한 조건을 지녀 전국에서 가장 높은 수준의 재생에너지 보급률을 기록하고 있다. 2025년 수립된 ‘2035 제주 탄소중립 종합계획(마스터플랜)’에 따르면, 제주도는 태양광·풍력·에너지저장장치(ESS)를 연계해 국내 최초로 재생에너지 비중 70%를 달성하고, 나아가 100% 그린수소 산업 생태계를 조성한다는 계획을 발표했다.

[자료 2. 전력구매계약(PPA) 제도]

출처: 제주특별자치도

제주도의 가장 큰 차별점은 전력 공급 방식에 있다. 보통은 재생에너지가 전기를 만든 후, 전력시장이나 한국전력공사를 거쳐 수소 생산 시설로 공급한다. 하지만 제주도는 풍력 발전소에서 생산한 전기를 수소 플랜트로 직접 보내는 ‘직접 전력구매계약(PPA, Power Purchase Agreement)’을 도입했다. 전력 유통 단계를 줄여 운영비(OPEX)를 획기적으로 낮춤으로써 수소 생산 단가를 떨어뜨리는 전략이다.

그러나 이러한 지자체의 노력에도 불구하고 대한민국 그린수소의 전반적인 현실은 녹록지 않다. 한국은 좁은 국토와 환경적 한계로 인해 재생에너지 공급량이 부족한 상태이다. 이 때문에 호주, 중동, 북아프리카 등 해외에서 그린수소를 수입하는 전략을 취하고 있다. 중동의 사막 지역은 낮 시간 동안 중단 없이 태양광 발전이 쏟아져 나오기에 수전해 설비를 쉴 틈 없이 돌릴 수 있어 설비 효율이 극대화된다. 하지만 한국은 기후 특성상 태양광 이용률이 15% 안팎에 불과해 고가의 수전해 장비 투자비 대비 생산량이 적어 단가가 올라간다. 해외에서 수소를 들여올 때 액화, 암모니아 변환 및 운송 과정에서 1kg당 약 2~3달러의 비용이 추가로 붙지만, 그럼에도 불구하고 현지 생산 단가 자체가 워낙 저렴하기 때문에 국내 직접 생산 단가보다 낮거나 비슷한 수준을 유지하게 된다.

대량 생산의 'AWE' vs 가동률 극대화의 'PEM'

그린수소의 가격 경쟁력에 있어 재생에너지의 공급과 함께 수전해 설비의 종류 또한 중요한 변수로 작용한다. 수전해의 종류로는 대표적으로 알칼리 전해조 방식(AWE)과 고분자 막 전해조 방식(PEM)이 있다. AWE와 PEM 방식의 균등화 수소원가(LCOH)를 산출해 비교해 본 결과, AWE는 4,185원/kg, PEM은 5,045원/kg으로 AWE 방식이 가격 측면에서 우위를 점하고 있다. 이 차이는 부품 소재와 기술적 특성, 유지보수 비용(OPEX)의 격차에서 비롯된다.

AWE 방식은 촉매로 니켈, 철, 코발트 등 비교적 흔하고 저렴한 범용 금속을 사용하고, 전해질 수산화칼륨(KOH) 수용액을 사용해 원가 부담이 적다. 하지만, PEM 방식은 전극 촉매로 백금이나 이리듐과 같은 귀금속을 필수로 사용하기 때문에 PEM 장비 가격이 높은 편이다. 이로 인해 초기 장비 가격인 CAPEX가 더 높게 책정된다. 규모 측면에서도 AWE가 더 유리하다. AWE는 오랜 기간 지속돼 온 기술이기 때문에 공장 설비를 대량 생산해 단가를 낮추는 것이 가능하다. 하지만, PEM은 상대적으로 최근에 상용화된 기술로 아직 대량 생산 체계가 완비되지 않았다. 설비 수명 측면에서도 AWE는 장비 구조가 견고하고 부식 진행 속도가 느려 한 번 지어두면 오랫동안 부품 교체 없이 쓸 수 있다. 하지만, PEM은 고온, 강산 환경 및 높은 압력에서 작동하므로 스택 수명이 AWE보다 짧다. PEM의 짧은 수명에 의해 주기적인 교체 비용이 발생해 전체적인 운영비(OPEX)가 증가하기 때문에 수소 단가 역시 비싼 것이다.

현재는 가격 메리트 덕분에 AWE가 시장을 주도하고 있지만, 업계 전문가들은 PEM의 잠재력에 주목하고 있다. PEM은 설비가 소형이고 반응 속도가 빨라 출력이 불규칙한 재생에너지 연계에 유리하다는 장점을 가지고 있다. 이에, 향후 귀금속 사용량을 줄이는 기술을 비롯해 스택 수명을 늘리는 기술이 발전하면 PEM의 단가도 빠르게 내려갈 것으로 전망된다. 

[자료 3. 한국가스공사가 운영 중인 PEM 수전해 시스템]

출처: 한국가스공사

아무리 싸고 좋은 설비라도 재생에너지가 나오지 않아 수전해 설비가 가동하지 않는다면, 수소의 최종 LCOH는 치솟을 수밖에 없다. 수전해 설비는 계속해서 바뀌는 전력에 맞춰 실시간으로 수소 생산량을 조절하는 능력이 필요하다. AWE 방식은 이러한 변동성 대응에 취약한 문제가 있다. 반면, PEM 방식은 밀리초(ms) 단위로 전력 변화에 반응해 출력을 0%에서 100%까지 자유롭게 조절할 수 있다. 재생에너지 전력이 버려지는 것을 최소화하고 설비 가동률을 극대화할 수 있는 것이다. 재생에너지 100%로만 가동할 경우, PEM은 AWE의 초기 비용 강점을 상쇄할 정도의 높은 가동률을 발휘해 수소 단가가 절감된다.

대중화를 위한 첫 번째 과제는 '경제성'

결국 그린수소의 경제성은 저렴한 전력 단가와 수전해 설비의 대형화, 그리고 중단 없는 가동률이 만나 완성된다. 특히 현재 기술 수준에서 가장 현실적인 LCOH 저감 모델은 그리드 전력과 재생에너지를 조합하는 방식, 하이브리드 구조이다. 낮에는 저렴한 태양광 전력으로 수소를 만들고, 밤이나 흐린 날에는 그리드 전력을 끌어와 플랜트를 끊임없이 풀가동하는 방식이다. 나아가 재생에너지로 만든 전기를 에너지저장장치(ESS)나 배터리에 저장해 두었다가 수전해 설비에 24시간 공급하여 LCOH를 낮추는 기술도 활발히 연구되고 있다.

대한민국 사회에 수소 경제가 보편적으로 자리 잡기 위해서는, 수소를 사용해야 할 이유가 소비자들에게 납득이 돼야 한다. 수소가 지구 환경에 이롭다는 것은 장기적 과제일 뿐, 지금 당장 소비자를 움직이는 힘은 결국 인프라 구축과 저렴한 수소 가격에서 나온다. 기술이 아무리 발전하더라도, 가격이 비싸면 이용할 사람은 없다. 따라서 우리는 “기술을 어떻게 개발할 것인가”보다 “가격을 어떻게 낮출 것인가”를 먼저 질문해야 한다. 이 경제성 과제를 풀기 위해 수소의 전반적인 시스템을 혁신하다 보면, 기술 발전은 자연스럽게 따라온다. 진정한 글로벌 수소 경쟁력은 바로 이 에너지 시장에서의 경제성을 확보하는 것에서 시작된다.

그린수소에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "그린수소, 미래 에너지 패권을 바꿀까", 27기 이서영, 천혜원, 28기 이건혁, 29기 염동혁, 조수윤, https://renewableenergyfollowers.org/renewable-energy/?idx=170022732&bmode=view

2. "[수소문(水素門): ①보이지 않는 기체, 보이는 가치로 바뀌는 곳을 수소문하다]", 29기 김슬기, https://renewableenergyfollowers.org/renewable-energy/?idx=170405818&bmode=view

참고문헌 

[가격에 발목 잡힌 그린수소]

1) 수소유통정보시스템, 충전소 가격 현황, https://www.h2nbiz.or.kr/index.do

[수소의 값을 결정짓는 '운영비(OPEX)'와 '초기 투자비(CAPEX)'] 

1) 김태현, 우종하, 이다한, 박종배, "수전해법으로 생산된 수소의 LCOH 추정", 2021년도 한국에너지학회 추계학술발표회, p.148, 2021.11

2) 장재진, "[2030 NDC 상향 파고①]  “가야하는 길이지만…” 산업계 큰 부담 경쟁력 약화 우려", 투데이에너지 2026.05.27, https://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=297493

3) 한상원, "청정수소 전환 속도전…“수소업계는 아직 준비되지 않았다”", 가스신문, 2026.04.30, https://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=124950

[수입 의존에 맞선 제주의 도전: '직접 PPA'로 단가 낮춘다]

1) 류영조, "[에너지논단] “기름에 의존하는 나라에서, 에너지 만드는 나라로"", 에너지신문, 2026.05.27, https://www.energy-news.co.kr/news/articleView.html?idxno=225674

2) 신일영, "제주도, 그린수소시설에 풍력전기 국내 첫 직공급", 투데이에너지, 2026.05.21, https://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=298107

3) 정용복, "풍력 전기 '직거래'로 수소 만든다… 제주, 그린수소 경제성 시험대", 파이낸셜뉴스, 2026.05.20, https://www.fnnews.com/news/202605201410089378

4) 제주특별자치도, "풍력 전기 '직거래'로 청정 그린수소 만든다", 2026.05.20, https://www.jeju.go.kr/news/bodo/list.htm?page=2&act=view&seq=2019340

[대량 생산의 'AWE' vs 가동률 극대화의 'PEM']

1) 양인범, "수전해 기술은 고밀도 수소생산과 스택기술이 관건", 가스신문, 2024.03.12, https://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=111399

2) 양인범, "2030년 세계 수소생산량 1100만톤…그린수소가 70% 차지", 가스신문, 2023.02.15, https://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=108984 

3) 이영호, "[특별기고] 그린암모니아 생태계 전망 및 대응 전략", 에너지경제신문, 2024.10.07, https://www.ekn.kr/web/view.php?key=20241007021271259

4) 한국가스공사, "가스공사 PEM 수전해 시스템, 청정수소 생태계 조성 마중물", 2025.12.02, https://www.kogas.or.kr/site/koGas/bbs/View.do?cbIdx=41&boardIdx=47026&Key=1010202000000