"수소는 연료일까, 배터리일까?"

전기를 저장하는 배터리가 스마트폰을 움직인다면, 미래 사회에서는 수소가 에너지를 운반하는 거대한 배터리와 같은 역할을 할지도 모릅니다.

햇빛과 바람으로 만든 전기는 항상 필요한 시간과 장소에서 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 남는 전기를 오래 저장하기도 어렵죠. 이때 남는 전기를 활용해서 물을 분해해 수소를 만들고, 저장해두었다가 필요한 곳으로 가져가서 다시 전기를 만들 수 있습니다.

그래서 수소는 단순한 연료가 아니라 ‘미래 에너지를 연결하는 열쇠’로 주목받고 있습니다.

그렇다면 수소는 왜 특별할까요? 수소는 어떻게 만들어지고, 왜 '에너지 캐리어'라고 불릴까요? 그리고 수소차는 어떤 원리로 달리는 걸까요?

수소란 무엇일까?

우주에서 가장 많지만, 지구에서는 쉽게 얻을 수 없는 원소

수소는 원자번호 1번인 아주 가벼운 원소로, 특히 우주에 수소가 아주 많습니다. 우주 질량의 약 75%, 원자 수 기준으로는 약 90% 이상이 수소로 이루어져 있습니다. 그런데 지구에서는 수소가 혼자 돌아다니는 경우가 많지 않아서 순수한 수소를 거의 찾아볼 수 없습니다.

 

수소는 대부분 물(H₂O), 천연가스(CH₄), 석유, 바이오매스처럼 다른 원소와 결합한 상태로 존재합니다. 즉, 수소는 매우 풍부하지만 분리해 생산해야 하는 에너지'입니다.

그래서 수소는 석탄처럼 캐내는 자원이 아니라, 다른 물질에서 분리해 생산한 뒤 사용하는 연료입니다.

 

수소가 미래 에너지로 주목받는 이유 (수소의 장점)

Ⓒ미국에너지부(DOE)

수소는 화석연료를 대체할 미래 에너지로 주목받고 있습니다. 그 이유는 크게 네 가지입니다.

첫 번째, 사용할 때 이산화탄소를 거의 배출하지 않는다

수소를 연료전지에서 사용하면 수소와 산소가 반응하면서 전기와 물이 만들어집니다. 이 과정에서는 연료를 태우는 것이 아니라 전기화학 반응이 일어나기 때문에 주행 중 이산화탄소가 배출되지 않습니다.

다만 수소를 생산하고 저장·운송하는 과정에서 발생하는 탄소 배출량은 수소의 생산 방식에 따라 달라질 수 있습니다.

 

두 번째, 다양한 분야에서 사용할 수 있다

수소하면 자동차부터 생각이 나지만, 수소는 자동차뿐만 아니라 버스, 트럭, 선박, 발전소, 제철, 화학공장 등 다양한 산업에 활용될 수 있습니다. 특히 특히 긴 주행거리와 짧은 충전 시간이 필요한 일부 대형 운송수단에서는 수소가 중요한 대안으로 꼽힙니다.

 

세 번째, 에너지를 오래 저장할 수 있다

태양광은 낮에만, 풍력은 바람이 불 때만 전기를 생산합니다. 남는 전기를 저장하는 것이 재생에너지 확대의 가장 큰 과제인데, 이때 남는 전기로 수소를 만들면 오랫동안 저장했다가 필요할 때 사용할 수 있습니다. 그래서 수소는 재생 에너지의 저장 창고 역할도 합니다. 다만 전기를 수소로 전환하고 다시 사용하는 과정에서는 에너지 손실과 비용이 발생할 수 있습니다.

네 번째, 에너지 안보를 높일 수 있다

석유와 천연가스는 특정 국가에 집중되어 있습니다. 반면 수소는 물, 천연가스, 바이오가스, 재생에너지 등 다양한 자원으로 생산할 수 있어 국가의 에너지 공급망을 다변화하는 데 도움이 됩니다.

 

그렇다면 수소는 정말 안전할까요?

"수소는 폭발하지 않나요?"라는 질문을 자주 합니다. 수소는 불이 붙기 쉬운 가연성 기체이기 때문에 안전관리가 매우 중요합니다. 하지만 수소만 특별히 위험한 것은 아닙니다. 천연가스나 휘발유도 불이 붙으면 위험하죠.

현재 수소 저장 용기는 고압을 견디도록 설계되며, 충격·화재·낙하 등 다양한 안전 시험을 거칩니다. 또한 수소는 공기보다 약 14배 가벼워 개방된 공간에서 누출되면 빠르게 위로 확산되는 특성이 있습니다. 안전성은 연료 자체보다 저장·운송·관리 기술에 크게 좌우됩니다. 다만 밀폐된 공간에서는 누출 감지와 환기 등 철저한 안전관리가 필요합니다.

 

수소 에너지는 어떻게 만들어질까?

 

‘생산’해서 사용하는 에너지, 수소

많은 사람들이 수소를 석유처럼 땅에서 캐는 자원이라고 생각하지만, 그렇지 않습니다. 수소는 다른 물질 속에 들어 있기 때문에 먼저 분리해야 합니다.

현재 대표적인 생산 방법은 세 가지입니다.

① 천연가스를 이용한 추출(개질)

현재 전 세계에서 가장 많이 사용하는 방식입니다. 천연가스의 메탄(CH₄)에 고온의 수증기를 반응시키면 수소와 이산화탄소가 생성됩니다.

- 천연가스를 이용한 추출의 장점

· 생산량이 많음

· 경제성이 높음

- 천연가스를 이용한 추출의 단점

· CO₂ 발생

② 부생수소

석유화학 공정이나 제철 공정에서 부산물로 발생하는 수소입니다. 원래 버려질 수 있는 수소를 회수하여 활용하는 방식입니다. 우리나라 초기 수소 공급도 부생수소 비중이 높았습니다.

③ 수전해

2H₂O → 2H₂ + O₂

물을 전기로 분해하여 수소와 산소를 만드는 방법입니다. 재생에너지 전기를 이용하면 수소 생산 과정의 직접적인 탄소 배출을 크게 줄일 수 있습니다. 이를 그린수소(Green Hydrogen)라고 부르며, 미래 핵심기술로 주목받고 있습니다.

색깔로 구분하는 수소
종류	생산방식	탄소 배출
그레이수소	천연가스 개질	많음
블루수소	개질 + 탄소포집(CCUS)	적음
그린수소	재생에너지 기반 수전해	거의 없음

수소를 설명할 때 가장 많이 등장하는 말이 있습니다. 바로 에너지 캐리어(Energy Carrier)입니다.

출처 : https://www.mdpi.com/2079-9292/9/5/871

 

에너지 캐리어란, 에너지를 만들어 내는 것이 아니라, 에너지를 저장하고 필요한 곳까지 운반하는 매개체를 말합니다. 택배 상자를 생각하면 이해하기 쉽습니다. 택배 상자 안에는 물건이 들어 있지만, 상자 자체가 물건을 만드는 것은 아닙니다. 수소도 마찬가지입니다.

태양광 ↓ 전기 생산 ↓ 수전해 ↓ 수소 저장 ↓ 운송 ↓ 연료전지 ↓ 전기 생산

예를 들어, 태양광 발전으로 남는 전기를 이용해 수소를 만들고 이를 저장·운반한 뒤, 필요한 지역에서 다시 전기를 생산합니다. 즉, 수소는 에너지를 저장하고 이동시키는 운반자인 것입니다.

그렇다면 에너지 캐리어가 필요한 이유는 무엇일까요?

전기는 송전망이 없는 곳으로 보내기 어렵고, 대규모로 장기간 저장하는 데에도 한계가 있습니다. 반면 수소는 압축하거나 액화하여 저장하고, 파이프라인·탱크로리·선박 등을 통해 다른 지역으로 운반할 수 있습니다. 이런 특성 덕분에 재생에너지의 간헐성을 보완하는 중요한 수단으로 연구와 활용이 확대되고 있습니다.

 

수소차는 어떻게 달릴까?

 

 

수소차의 작동원리

출처 : https://www.handmk.com/news/articleView.html?idxno=34051

 

2025년 기준 국내에 보급된 수소차는 약 4만 5천대로 점차 수소차 보급이 늘어나고 있습니다. 그렇다면 수소차는 어떤 원리로 달리는 것일까요?

수소차는 엔진으로 수소를 태우는 자동차가 아닙니다. 대부분의 수소차는 수소연료전지(Fuel Cell)를 이용해 스스로 전기를 만들어 모터를 움직입니다. 작동 과정은 다음과 같습니다.

수소탱크에 저장된 수소가 연료전지로 이동 ↓ 공기 중 산소가 함께 공급 ↓ 연료전지에서 전기화학 반응 일어남 ↓ 전기가 만들어짐 ↓ 전기모터가 자동차를 움직이게 함 ↓ 물과 열 생성

즉, 수소차는 내부에서 직접 전기를 생산하는 '움직이는 발전소'라고 볼 수 있습니다.

 

수소차와 전기차의 차이점

수소차와 전기차의 차이
배터리 전기차(BEV)	수소연료전지차(FCEV)
외부에서 충전	차량 내부에서 전기 생산
배터리에 전기 저장	수소를 연료전지에서 전기로 전환
충전에 시간이 걸림	수소 충전은 일반적으로 수분 내 가능
승용차 중심 보급	대형 상용차 등에서도 활용 기대

두 기술은 경쟁 관계라기보다, 용도에 따라 서로를 보완하는 기술로 평가받고 있습니다.

 

지속 가능한 친환경 에너지, 수소

수소는 아직 석유처럼 쉽게 얻을 수 있는 에너지는 아닙니다. 생산 비용을 낮추고, 저장·운송 인프라를 확대하며, 친환경적으로 만드는 기술도 계속 발전해야 합니다.

그럼에도 수소는 태양광과 풍력처럼 생산 시점이 일정하지 않은 재생에너지를 저장하고, 직접 전기화가 어려운 일부 산업과 운송 분야의 탄소 배출을 줄일 수 있는 열쇠로 주목받고 있습니다. 미래의 에너지 전환은 하나의 기술만으로 이루어지기 어렵습니다. 배터리와 전력망, 재생에너지, 그리고 수소가 서로 연결될 때 더 안정적이고 지속 가능한 에너지 시스템에 가까워질 수 있습니다.

 

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