압축수소 vs 액화수소 — 저장 밀도와 경제성의 정밀 비교 분석

1️⃣ 저장 기술의 핵심 변수: 밀도·안정성·비용

수소 저장 기술을 비교할 때 가장 먼저 고려되는 요소는 저장 밀도·에너지 효율·경제성이다.
수소는 분자량이 매우 작아 일반적인 기체 저장 방식으로는 경제성이 확보되지 않는다.
따라서 압력을 높여 저장하는 방식(압축수소) 과 온도를 극저온으로 낮춰 액체로 저장하는 방식(액화수소) 은 수소 물류·운송 산업에서 양대축을 이루는 기술이다.

압축과 액화는 모두 장단점이 뚜렷하고, 적용 산업 또한 다르기 때문에 두 기술의 차이를 정확히 이해해야 장기적으로 효율적 인프라를 구축할 수 있다.

2️⃣ 압축수소(Compressed Hydrogen)의 구조적 특징

압축수소 저장은 350bar 또는 700bar 고압 용기를 사용해 기체 상태의 수소를 고압으로 보관하는 방식이다.

• 저장 밀도: 700bar 기준 약 23g/L 수준
• 장비 구성: Type III·IV 복합재 탱크, 고압밸브, 안정화 라인
• 장점:
  • 운송·충전 인프라 구축이 이미 안정화됨
  • 액화 대비 CAPEX(설비 투자비)가 낮음
  • 기술 성숙도(TRL) 매우 높음
• 단점:
  • 부피 대비 에너지 밀도가 낮아 장거리 운송은 비효율적
  • 고압 저장에 따른 안전성 확보 비용 증가
  • 충전 과정에서 압축 손실(Compression Loss) 발생

특히 승용 FCEV(수소전기차) 는 현재 글로벌 표준으로 700bar 시스템을 채택하고 있어 압축수소는 수소 모빌리티 분야의 기본 플랫폼 역할을 하고 있다.

3️⃣ 액화수소(Liquid Hydrogen)의 기술적 우위와 한계

액화수소는 수소를 -253℃ 로 냉각해 액체 상태로 저장하는 방식이며, 저장 밀도가 기체 대비 월등히 높아 물류·항공·우주 분야에서 선호된다.

• 저장 밀도: 약 71g/L (압축 대비 약 3배 이상)
• 장비 구성: 극저온 이중벽 탱크, 진공단열(VI) 구조, Boil-off 제어 시스템
• 장점:
  • 단위 부피당 저장량이 압도적으로 높아 대량·장거리 운송 최적화
  • 화물선·열차·항공 분야에서 경쟁력 증가
  • 암모니아 수송 대비 순수 수소 비율이 높음
• 단점:
  • Liquefaction Energy가 매우 높음(전체 수소 에너지의 약 30% 소모)
  • 극저온 장비의 CAPEX·OPEX가 높음
  • 장기간 저장 시 Boil-off 손실 발생

최근에는 민간 로켓 기업(스페이스X, ULA 등) 과 대규모 수소 수입 프로젝트(한국·일본) 에서 액화수소 활용이 증가하며 경제성 개선 연구가 빠르게 진행되고 있다.

4️⃣ 경제성 비교: CAPEX·OPEX·LCOH 관점에서 본 차이

수소 저장 기술의 경제성을 판단할 때는 LCOH(Levelized Cost of Hydrogen, 균등화 수소 비용) 관점에서 비교하는 것이 가장 명확하다.

📌 압축수소의 경제성 포인트

• CAPEX 낮음(탱크·압축기 중심)
• 단거리 운송 비용 유리
• 충전 인프라 구축 용이
• 산업용·자동차용 소모성 시장 확보

📌 액화수소의 경제성 포인트

• 대량 운송 시 단위 비용 절감
• 항만 기반 물류 체계와 높은 시너지
• 초기 설비 투자 비용은 높으나, 해외 수입형 수소 공급망에서 비용 경쟁력 증가
• Boil-off 손실 최소화 장비가 관건

📌 장거리 운송 기준 비교(예시)

• 압축수소 트레일러: 약 300~350kg 적재
• 액화수소 트레일러: 약 3,500~4,000kg 적재

즉, 액화수소는 초기 비용이 높지만 대량·장거리에서 경제성이 개선 되고, 압축수소는 단거리·충전소 중심 인프라에서 우위 를 가진다.

 

5️⃣ 산업 적용 전략: 언제 압축? 언제 액화?

압축수소와 액화수소는 서로 대체하는 기술이 아니라, 공급망 단계별로 역할을 달리하는 보완적 기술로 보는 것이 정확하다.

• 도심 충전소·승용차·지게차 등 소형 모빌리티 → 압축수소
• 항만·공항·중장거리 물류 → 액화수소
• 국제 수소 수입(호주→한국·일본 등) → 액화수소 중심 전략
• 소규모 산업단지·국내 분산형 공급 → 압축수소 우위

국가 차원에서도 일본·한국은 액화수소 수입 인프라 + 압축수소 내수 시장으로 이중 전략을 구축 중이고, 미국·유럽은 지상 물류는 압축, 대량 이동은 액화·암모니아 혼용 전략으로 방향성이 확립되고 있다.

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🧩 요약: 압축과 액화는 ‘경쟁’이 아니라 ‘분업’의 관계

두 저장 기술은 각자의 장점이 명확하고, 수소 경제의 확장 속도에 따라 두 기술 모두 병행 성장한다.

• 압축수소: 단거리·소규모·모빌리티 중심
• 액화수소: 장거리·대규모·수입형 공급망 중심

향후 기술 경쟁은 탄소배출 최소화·단가 절감·Boil-off 제어·경량화 소재 개발 과 같은 영역에서 이루어질 것이며, 이 경쟁이 수소 인프라 전체의 혁신을 가속하게 된다.