수소에너지의 생산방식과 종류 - 수소라고 다 같은 수소가 아니다?

수소는 기체나, 물 분자 형태로 지구 상에 무한한 양이 존재하며 에너지 활용과정에서 부산물로 어떠한 온실가스도 배출하지 않습니다. 이러한 친환경 에너지 수소는 생산방식에 따라 부생수소, 그레이 수소, 블루 수소, 그린 수소로 나뉩니다.

 

 

석유화학 공장에서 탄생하는 부생수소와 그레이수소

부생수소와 그레이 수소가 동일하게 이해되는 경우가 종종 있는데 엄밀히 따지면 부생수소와 그레이 수소는 다릅니다.

 

부생수소의 경우 석유화학 공정에서 나프타를 생산하는 과정에서 부수적으로 생산되는 수소입니다. 나프타는 석유화학 연료의 한 종류로 비행기의 원료에 사용됩니다. 아무튼 수소 자체의 생산이 목적이 아니기에, 그 생산량에 한계가 있으며, 근본적으로 친환경 에너지라고 보기는 힘듭니다. 

 

그러나 부생수소의 경우 수소 생산을 위한 추가적인 설비가 요구되지 않으며, 남는 수소를 업사이클링한다는 의의점이 있습니다. 현재 생산되는 수소의 90% 이상이 부생수소라고 합니다.

 

다음으로 그레이 수소입니다. 그레이 수소는 '개질 수소'라고 불리며, '개질 반응'을 이용하여 생산하는 수소입니다. 개질 반응에는 수증 기개질, 건식 개질, 부분산화로 나뉘지만 대부분 수증기 개질 반응을 사용합니다.

 

 

수증기 개질 반응은 LNG와 같은 천연가스나, 석탄, 석유 등의 탄화수소 연료에 고압의 수증기를 이용한 촉매반응을 통해 수소를 생산하는 반응입니다. CH4 (메탄)에 고온의 수증기 (600~700 도 씨)를 가하여 수소를 생산합니다.  

 

그레이 수소는 다음으로 말씀드릴 블루나 그린 수소에 비해 상대적으로 생산비용이 저렴하고 ,  이산화탄소 발생량 자체는 적은 편입니다. 그러나 역시 연료 자체 화석연료라는 단점이 있고 해당 공정 설계를 위한 추가적인 비용이 발생합니다.

 

기존 수소 생산방식에서 친환경 기술이 적용된 블루 수소

블루 수소는 기존 그레이수소 생산 방식에서 CCUS (탄소 포집 , 저장, 활용 기술 CCS라고 통용되기도함) 기술이 적용되어 생산된 수소입니다. 즉 그레이수소 생산 방식에서 부산물로 생성되는 이산화탄소를 포집하여 따로 저장 및 처리하고 수소는 원료로 활용하는 것입니다.

 

블루수소는 현재 기술 상황에서 활용될 수 있는 최선으로 여겨지며, SK (SK E&S), 현대중공업 (현대오일뱅크), 효성그룹 (효성 화학 등), 포스코 그룹 등 국내 많은 기업들이 CCS 기술을 활용한 블루 액화수소 생산을 진행하고 있습니다. 

 

그러나 이 역시 근본적인 원료는 탄화수소 화석연료이며, 여전히 발생하는 이산화탄소에 대한 저장과 처리 문제가 해결되지 않았습니다. 생성된 이산화탄소는 해저에 저장하는 것으로 확인되었으나 아무튼 궁극적인 친환경 에너지로는 보기 힘듭니다.

 

 

완전 친환경 수소 그린 수소

그린 수소는 생산방식에서 기타 탄화수소 화석연료를 사용하지 않는 친환경수소입니다. 그린수소는 바닷물을 전기 분해하여 생성된 수소를 의미합니다. H2O 물분자에 전기를 가하게 되면 물분자는 수소분자와 산소 원자로 분해되게 되는데, 이러한 과정을 수전해 ( 물의 전기분해)라고 합니다. 

 

이렇게 생성된 수소는 생산과정에서 어떠한 탄소를 생성하지 않아 친환경이지만, 물이 원활하게 공급될 수 있는 지역에 한정적으로 공정을 설계할 수 있으며, 경제적으로 생산단가가 비싸 현재로서 경제성이 없다는 한계점이 있습니다. 게다가 현재는 전기분해에 사용되는 전기에너지의 근본이 결과적으로 화력 발전에서 생성된 전기에너지를 상당 부분 사용한다는 점에서 완전 친환경으로는 보기 힘듭니다. 결국 우선 신재생에너지를 통한 전기 생산이 그린 수소의 완성의 선과 제인 것입니다.