색깔로 구분되는 수소, 그 차이를 화학공학적으로 풀어봅니다.
수소, 왜 주목받을까?
수소(H₂)는 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않아 “궁극의 청정 에너지”로 불립니다. 하지만 자연에 자유 상태로 존재하지 않기 때문에, 반드시 생산 과정을 거쳐야 합니다. 이때 어떤 원료와 어떤 에너지를 사용했는지에 따라 수소는 색깔별로 구분됩니다. 수소의 “색깔”은 실제 색이 아니라 환경적·공정적 특성을 뜻합니다.
그린수소 (Green Hydrogen)
그린수소는 재생에너지(태양광·풍력) 전력을 사용해 물 전기분해로 생산합니다.
- 원리:
2H₂O → 2H₂ + O₂(전기분해) - 장점: CO₂ 배출 “0” → 가장 이상적인 수소
- 단점: 높은 비용, 전해조 효율·재생에너지 변동성
탄소중립의 최종 목표로 꼽히는 수소입니다.
블루수소 (Blue Hydrogen)
블루수소는 천연가스를 수증기 개질(SMR)로 수소를 얻고, 이때 발생하는 CO₂를 CCS(이산화탄소 포집·저장) 기술로 처리합니다.
- 원리:
CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ → CO₂ + H₂+ CCS - 장점: 기존 인프라 활용 가능, 대규모 생산 유리
- 단점: CCS 비용·안정성, 완전 무탄소는 아님
“과도기적 해결책”으로 평가받습니다.
청록수소 (Turquoise Hydrogen)
청록수소는 메탄(CH₄)을 고온 열분해(Pyrolysis)해 수소와 고체 탄소를 얻습니다.
- 원리:
CH₄ → C + 2H₂ - 장점: 부산물이 CO₂ 대신 고체 탄소 → 관리 용이
- 단점: 반응 온도 800℃ 이상 필요, 상용화 초기
고체 탄소는 카본블랙·전극 소재 등으로 재활용 가능성이 있습니다.
그레이수소 (Gray Hydrogen)
그레이수소는 현재 전 세계 수소 생산의 90% 이상을 차지합니다. 천연가스 개질이나 석탄 가스화를 통해 얻으며, 발생한 CO₂를 그대로 배출합니다.
- 장점: 가장 저렴, 기술 성숙
- 단점: 막대한 CO₂ 배출 → 기후변화 주범
값싸지만, 탄소중립과는 거리가 먼 수소입니다.
핑크수소 (Pink Hydrogen)
핑크수소는 원자력 발전 전력을 이용해 전기분해로 생산합니다.
- 장점: 안정적 전력 공급, CO₂ 배출 적음
- 단점: 방사성 폐기물, 사회적 수용성 논란
재생에너지 변동성을 보완할 수 있는 대안으로 거론됩니다.
옐로우수소 (Yellow Hydrogen)
옐로우수소는 태양광 발전으로 얻은 전기를 사용해 생산한 수소입니다. 사실상 그린수소의 하위 개념이지만, 태양광 전력만 사용했음을 강조할 때 사용합니다.
- 장점: 명확한 재생에너지 출처
- 단점: 태양광 발전 변동성, 대규모 상용화 한계
화학공학적 관점에서 본 수소
수소의 생산·저장·활용은 화학공학이 전면에 나서는 분야입니다.
- 반응공학: 촉매 성능 개선, 반응 열 관리
- 분리공정: H₂/CO₂, H₂/CH₄ 분리 → PSA, 막분리, 극저온 기술
- 재료공학: 전해조 전극, 내열 소재, 수소저장 합금
- 열역학: 각 생산 공정의 에너지 효율 해석
즉, 수소경제는 화학공학 엔지니어의 전문성이 없으면 성립하기 어렵습니다.
수소 생산방식 비교표
| 구분 | 생산 방식 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|---|
| 그린수소 | 재생에너지 전기분해 | CO₂ 무배출, 친환경 | 비용 높음, 효율 한계 |
| 블루수소 | 천연가스 개질 + CCS | 대규모 생산 용이 | CCS 비용·안정성 문제 |
| 청록수소 | 메탄 열분해 | 고체 탄소 부산물 | 고온 필요, 초기 단계 |
| 그레이수소 | 천연가스 개질/석탄 가스화 | 저비용, 기술 성숙 | 막대한 CO₂ 배출 |
| 핑크수소 | 원자력 기반 전기분해 | 안정적 전력 공급 | 방사성 폐기물, 사회적 논란 |
| 옐로우수소 | 태양광 기반 전기분해 | 출처 명확한 친환경 | 발전 변동성, 한정적 활용 |
핵심 요약
- 수소는 생산 방식에 따라 환경 영향이 달라져 “색깔”로 구분
- 그린·블루·청록수소는 탄소중립 핵심, 그레이수소는 기존 주류
- 핑크·옐로우수소는 특수한 전력원을 강조
- 화학공학 = 반응공학 + 분리공정 + 재료공학이 수소경제를 견인