태양광·풍력의 한계를 넘어서는 새로운 에너지 패러다임, 수소

1️⃣ 재생에너지의 두 얼굴 — ‘청정함’과 ‘불안정성’

태양광과 풍력은 전기를 생산할 때 이산화탄소를 배출하지 않는 대표적인 친환경 전력원이다. 그러나 이들 에너지는 기상 조건과 계절에 따라 발전량이 크게 변동한다. 예를 들어, 겨울철이나 야간에는 태양광 발전이 급감하고, 무풍일에는 풍력 터빈이 멈추게 된다.
이처럼 공급이 일정하지 않은 특성을 ‘간헐성(intermittency)’ 이라고 하며, 전력망 운영 측면에서 간헐성은 매우 치명적인 문제다. 전기는 수요와 공급이 실시간으로 맞아야 하며, 순간적으로 부족하거나 과잉이 발생하면 대규모 정전(블랙아웃)으로 이어질 수 있다.
유럽에서는 재생에너지 비중이 30%를 넘은 이후, 전력망의 안정화 비용이 매년 수십억 유로 단위로 증가하고 있다.
‘청정하지만 불안정한 에너지’, 이것이 재생에너지의 근본적 딜레마다.

 

2️⃣ 배터리로 해결되지 않는 문제, ‘시간’의 벽

많은 이들이 에너지 저장의 해결책으로 배터리(ESS, Energy Storage System) 를 떠올린다.
하지만 배터리는 기본적으로 단기 저장(수 시간 단위)에 적합할 뿐, 계절 간 에너지 저장(seasonal storage) 은 거의 불가능하다.
예를 들어, 여름에 남는 태양광 전력을 저장해 겨울철 난방에 사용하는 것은 현재의 리튬이온 배터리 기술로는 경제성이 전혀 없다.

또한 대규모 ESS 구축은 자원 문제를 동반한다. 리튬, 니켈, 코발트 등 핵심 소재의 공급망은 특정 지역에 편중되어 있으며, 채굴 과정에서 환경오염과 인권 문제가 제기된다.
결국 “배터리만으로는 지속 가능한 에너지 전환을 완성할 수 없다”는 것이 전문가들의 공통된 견해다.

 

3️⃣ 수소가 제시하는 해답 — Power-to-Gas 시스템

이 한계를 극복하기 위한 핵심 기술이 바로 Power-to-Gas(P2G) 다.

이는 잉여 전력을 이용해 물을 전기분해(수전해)하여 수소(H₂) 를 생산하고, 필요할 때 연료전지나 터빈을 통해 다시 전기로 전환하는 시스템이다. 수소는 에너지를 ‘장기 저장’할 수 있는 매체로, 전력의 시공간적 제약을 완화시킨다.
여름에 남는 태양광 전력을 수소 형태로 저장해 두었다가 겨울철 난방이나 산업용 전력으로 재활용할 수 있으며, 또한 수소는 전력 외에도 수송, 산업, 난방 등 다양한 분야에서 직접 연료로 활용 가능하다.
즉, P2G 시스템은 전력망을 넘어 전체 에너지 시스템을 연결하는 통합형 에너지 솔루션(Integrated Energy System) 으로 평가된다.

4️⃣ 실제 사례 — 독일, 일본, 한국의 수소 통합 전략

독일은 재생에너지 발전량이 전력 수요를 초과하는 시점이 자주 발생한다. 이를 해결하기 위해 “Wind-to-Hydrogen 프로젝트” 를 추진, 북해의 풍력 발전으로 얻은 전력을 이용해 수소를 생산하고, 이를 저장해 산업용 연료 및 발전용으로 재활용하고 있다.
이 모델은 에너지 잉여를 ‘낭비’하지 않고, ‘자산’으로 바꾸는 구조다. 일본은 ‘Fukushima Hydrogen Energy Research Field(FH2R)’을 구축해, 10MW급 수전해 설비로 태양광 전력을 수소로 전환하는 실증을 진행 중이다.
이 수소는 연료전지차(FCV) 및 발전소에 공급된다. 한국 역시 ‘창원 수소에너지 클러스터’와 ‘평택 수소복합단지’를 중심으로 수소 생산·저장·활용을 통합하는 인프라 구축을 진행하고 있다. 이 세 나라는 서로 다른 접근을 취하지만, 공통점은 모두 재생에너지와 수소를 결합해 전력망의 유연성을 확보하려 한다는 점이다.
결국 수소는 단순한 연료가 아니라, 재생에너지의 한계를 보완하는 구조적 해법으로 기능한다.

 

5️⃣ 새로운 에너지 패러다임 — ‘전기 중심’에서 ‘수소 중심’으로

전통적인 에너지 시스템은 ‘전기 생산 → 소비’라는 단일 흐름 구조였다. 하지만 탄소중립 시대에는 전기, 수소, 열, 연료가 서로 변환·순환하는 복합 에너지 체계가 필요하다. 이 변화의 중심에는 수소가 있다.

수소는 재생전력을 흡수하고, 잉여 에너지를 저장하며, 필요 시 다시 전력으로 환원하는 에너지 변환자(Energy Converter) 로 작동한다. 이로써 재생에너지는 더 이상 간헐적인 전력원이 아니라, 지속 가능한 에너지 네트워크의 일부로 통합된다. 따라서 태양광과 풍력의 진정한 가치는 수소와 연결될 때 완성된다.

2050년 탄소중립 사회를 향한 여정에서 수소는 단순한 보조 수단이 아니라 새로운 에너지 패러다임의 중심축이 되고 있다.