수소 산업은 현재 지구 곳곳에서 벌어지고 있는 기후변화에 대한 걱정과 대책에서 파생된, 이제 막 시작 단계의 사업이다. 수소를 생산하여 운송하고, 사용하는 사업 선점에 앞으로 미래 산업의 명운이 걸렸다 말해도 과언이 아니다.

에너지 산업의 패러다임을 바꾸는 작업이라 국가주도의 정책적인 지원이 필요하다. 세계는 100여 년 동안 계속된 화석연료를 대체하기 위한 방안으로 중앙 집중적인 전기 공급 방식에서 재생에너지(태양광, 풍력)를 통해 개별적으로 전기를 생산하여 소비하는 방식으로 전환하고 있다. 이때 등장하는 것이 수소다.

수소는 자연계에 존재하는 원소들 중 가장 작은 원자들로 구성되어 있다. 원자 두 개가 결합한 2원자 분자 상태가 안정된 원소 상태로 분자식은 H₂이다. 지구에서는 대기권에 극소량 존재하고 대부분 물 분자나 유기물과 화합물을 이룬 상태로 존재한다. 지구 표면 원소 중 산소, 규소 다음으로 많은 원소가 수소다.

수소는 가연성이 높고 공기와 섞여있을 때 점화되면 연소를 넘어선 폭발을 보일 정도로, 제어만 한다면 에너지로서 활용 가치가 높다. 이것이 수소의 첫 번째 역할이다. 현재 해외에서는 수소와 액화천연가스(LNG)를 3대7을 혼용해 사용하는 ‘혼소발전기술’이 상용화 돼 있다. 이렇게 혼소할 경우 기존 LNG 발전에 비해 이산화탄소 배출량은 10% 줄어든다. 다행히 우리나라에도 이런 움직임이 있는데 한화종합화학과 한국서부발전이 힘을 합쳐 국내최초로 2023년 상반기까지 혼소비율을 5:5로 높이는 것을 목표로 한 수소혼소 발전 프로젝트에 착수했다.

수소 산업의 탄생 배경에는 탄소배출감축이 있다. 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 배출을 규제하기 위해 교토의정서 가입국들은 2012년까지 1990년 대비 평균 5% 정도 감축하기로 했다. 이를 이행하지 못한 국가나 기업은 탄소배출권을 외부에서 구입해야 한다. 탄소배출을 낮추지 않으면 고스란히 원가 상승으로 이어져 기업의 상품은 가격 경쟁에서 밀리게 됨으로 억지로라도 탄소배출감축에 노력하게 만든다는 발상이다. 이런 움직임은 2005년 처음 탄소거래소를 설립한 EU가 가장 활발하며, 점점 강화 추세에 있다. 대표적인 예가 EU 탄소국경조정세(CBAM) 도입이다. 2023년~25년 시범적용기간을 거쳐 2026년부터 제품 생산에 배출되는 이산화탄소 1톤을 1크레딧으로 책정하여 기준치 초과 시 탄소배출권을 시장에서 구매해야 수출할 수 있게 하는 규제다.

현재 탄소배출권의 가격은 각 나라마다 다르다. 2021년 7월 19일 기준으로, 톤당 우리나라의 탄소배출권 가격은 21,500원-유로화로 15.86유로이고 EU는 톤당 52유로다. EU에선 그 차액만큼 관세처럼 부과하는 방식을 예고하고 있어 각 나라의 탄소배출권 가격은 국부유출을 막기 위해서라도 EU 수준으로 상승할 확률이 많다. 탄소배출이 많은 산업으로 지목되는 산업은 철강, 화학, 시멘트 산업이다. 모두 우리나라 산업을 지탱하는 산업들이라 탄소감축을 위한 노력은 아무리 강조해도 부족함이 없다 하겠다.

탄소배출을 감축하기 위한 노력은 크게 네 가지로 볼 수 있다. 하나는 탄소배출이 적은 재료를 사용하는 것, 둘은 공정을 탄소 배출이 적도록 만드는 것, 셋은 공정과 재료는 유지하면서 탄소 포집장치를 덧붙이는 것, 넷은 그린산업에 투자하는 것이다. 석탄을 사용하여 철을 생산하는 방식에서 수소를 혼용하여 탄소 배출을 줄이는 것, 자동차와 발전소의 연료를 아예 수소로 대체하는 것은 이런 노력의 최고봉이다.

이렇게 환경을 보호하기 위해 택한 수소이기에 생산 방식이 무엇보다 중요하다. 크게 수소는 그린, 그레이, 브라운, 블루 수소로 구분된다. 현재 우리나라에서 생산하는 수소의 대부분은 그레이와 브라운 수소다. 그러므로 정부의 로드맵은 그린수소로 가는 것에 집중하고 있다.

수소의 두 번째 쓰임은 연료전지의 역할이다. 수소는 공기 중의 산소와 반응해서 전기를 만든다. 수소 탱크를 단 수소차가 전기차와 거의 동일한 메카니즘을 갖는 이유다. 하지만 전기차는 배터리의 진화가 늦어 가솔린에 비해서도 마력이 딸리고, 장거리 운전엔 적합지 않다는 게 중론이다. 거기다 긴 전기충전 시간은 전기차의 가장 큰 약점이다. 그에 비해 수소차는 가솔린차 보다 약간 더 긴 충전으로 훨씬 긴 장거리를 힘 좋게 주행한다. 현재 출시된 현대차의 수소차 넥쏘는 한번충전으로 600km이상 주행이 가능하다. 또한 전기로 가는 기차의 경우 지속적으로 전기를 공급 받는 시설이 없으면 운행이 불가능한데 수소 기차는 수소연료탱크를 통한 전기 발생으로 별도의 설비 없이 힘 있는 운행이 가능하다. 이것이 전기차보다 수소차가 각광 받을 수 있는 점이다. 하지만 아직까지 차량 가격과 수소의 가격이 비싸고 충전소와 같은 인프라가 적게 깔렸다는 건 큰 단점이다.

세계는 수소산업에 사활을 걸고 각축을 벌이고 있다. 앞서 말한 바처럼 수소산업에 가장 앞서 있는 곳은 EU다. 하지만 차량 자체에 대한 선도는 우리나라 현대차 가 점하고 있다. 현대차는 이미 2013년도에 투싼을 모델로 한 양산형 수소차를 세계최초로 선보였고, 지난해 2세대 모델인 넥쏘를 출시했다. 현재 세계 수소차의 양산형은 크게 3가지인데 현대차 넥쏘, 토요타 미라이, 혼다 클라리티다. 현대차는 여기에 그치지 않고 지난해 세계최초로 양산형 수소전기 트럭 엑시언트를 출시하여 스위스 등 각국에 수출했고 앞으로 수소기차(트램)까지 출시하는 것을 계획하고 있다.

하지만 문제는 수소 충전소가 충분치 않고 이에 대한 원천 기술이 60% 정도 밖에 안된다는 점에 있다.