VOLTENERTEC WEEKLY · 2026년 38주차 · 5/5
결론부터 씁니다. 고체수소 저장이 고압수소보다 유리해지는 조건은 압축 단계를 줄여 아끼는 전력이, 흡수·방출 열을 처리하는 데 드는 설비와 시간보다 클 때입니다. 고압 경로가 20MPa·35MPa·70MPa로 올라가며 압축기 전력을 쓰는 대신, 고체 경로는 3.5MPa에서 끝나지만 금속수소화물의 발열·흡열을 계통 밖에서 처리해 줘야 합니다. 즉 전기 문제를 열 문제로 옮기는 거래입니다.
압력 경로 비교
울산시가 주최하고 한국수소산업협회가 주관한 제6회 2026 울산 국제수소에너지포럼이 9월 10일 울산전시컨벤션센터(UECO)에서 열렸습니다. 청융판(Yongpan Cheng) 중국 화북전력대학교 교수는 고체수소 저장 기반 전력시스템을 주제로 발표하며 두 저장 방식의 공급 경로를 압력 단계로 비교했습니다.
| 구분 | 압력 경로 | 중간 설비 |
|---|---|---|
| 고압수소 | 1.6MPa → 20MPa → 35·70MPa → 0.1MPa(이용) | 압축기, 운송트럭, 충전소 |
| 고체수소 | 3.5MPa → 0.1MPa(이용) | 수전해 설비 직결, 고체수소 충전설비 |
표가 말하는 것은 하나입니다. 고체수소는 저장 압력이 낮아지는 것이 아니라 압력 단계 자체가 사라집니다. 1.6MPa에서 70MPa까지 올리는 다단 압축은 전력을 쓰고, 그 전력은 재생에너지로 만든 수소의 전체 효율에서 차감됩니다. 압축 단이 줄면 전기설비 관점에서 부하와 고압 배관 관리 대상이 함께 줄어듭니다. 대신 금속수소화물이 수소를 흡수·방출할 때 나오고 들어가는 열을 어디선가 받아 주고 공급해 줘야 합니다.
유리한 자리와 불리한 자리
현재 조건에서 태양광·풍력의 잉여 전력을 수소로 저장하려면 수전해 후 압축·운송·충전 단계를 거칩니다. 각 단계마다 전력과 설비가 붙고, 70MPa 충전 인프라는 고압가스 설비 규제 대상이 됩니다. 소규모 현장일수록 이 고정비가 무겁습니다.
고체수소가 적용되면 수전해 설비에서 3.5MPa 수준의 저압으로 곧장 저장하고, 그대로 0.1MPa 이용단으로 내보냅니다. 유리해지는 자리는 저장량이 크지 않고, 충·방전 속도가 급하지 않으며, 열을 버릴 곳과 받을 곳이 가까운 현장입니다. 청 교수가 제시한 중국 적용 사례도 이 조건과 맞습니다.
| 적용 사례 | 규모 |
|---|---|
| 순찰선 | 20kW급 |
| 항만 견인차량 | 240kW급, 수소 19kg 탑재 |
| 고체수소 에너지저장시스템 | 수소 65Nm³, 방출유량 300NL/min |
| 수소추진 크루즈선 | 길이 29.8m(29,800mm), 출력 130kW, 수소 84kg |
| 이륜차·관광차량 | 저압 고체수소 저장용기 적용 |
이 표에서 읽을 숫자는 방출유량 300NL/min입니다. 상온·상압 기준 분당 300L, 즉 시간당 18Nm³ 수준의 방출 능력이라는 뜻이며, 여기에 맞물릴 연료전지 출력 대역도 그만큼으로 제한됩니다. 고체수소의 제약은 저장 용량보다 방출 속도이고, 방출 속도는 다시 탱크에 열을 얼마나 빨리 넣어 줄 수 있느냐에 묶입니다. 급격한 부하 추종이 필요한 용도에서 불리해지는 이유가 여기 있습니다.
설비 쪽 확인 순서
고체수소 저장 계통을 전력설비와 묶을 때 확인 순서는 아래와 같습니다.
- 수소 누설 감지기와 환기 계통이 전원 계통을 직접 차단하는 하드와이어 경로를 갖췄는지 확인. EMO(Emergency Off)와 가스 감지 회로는 제어 로직을 경유하지 않으며 소프트웨어로 대체하지 않습니다.
- 탱크 온도 상·하한 인터락 확인. 흡수 시 발열, 방출 시 흡열이므로 두 방향 모두 감시 대상입니다.
- 열매체 순환 계통의 유량·온도 감시. 열이 빠지지 않으면 흡수가 멈추고, 열이 들어오지 않으면 방출이 멈춥니다. 이 정지는 설비 고장이 아니라 정상 거동이므로 알람 분류를 구분해야 합니다.
- 방출유량 하한과 연료전지 출력 지령의 협조. 스택 출력 지령이 탱크 방출 능력을 넘어서지 않도록 상위에서 제한을 겁니다.
- 압력 상한 확인. 3.5MPa 대역이라도 온도 상승에 따른 평형압 상승을 고려한 상한 설정이 필요합니다.
특허로 본 열 문제
열이 이 방식의 핵심 변수라는 점은 특허에도 드러납니다. 현대자동차(Hyundai Motor Company)의 US10581101B2 "Solid state hydrogen storage device"는 가역(reversible) 고체수소 저장물질을 담는 제1 저장부와, 그 안에 배치돼 비가역(non-reversible) 고체수소 저장물질의 가수분해 반응을 수행하는 반응기, 그리고 연료전지 스택으로 구성된 장치를 기재하며, 가수분해가 수행될 때 비가역 저장물질이 열을 방출한다고 명시합니다. 2016-11-22 출원, 2020-03-03 등록, 법적 상태는 Active이며 조정 만료일은 2037-11-25입니다.
즉 이 특허는 "수소를 어떻게 담을 것인가"가 아니라 "가역 저장물질이 수소를 내놓는 데 필요한 열을 어디서 조달할 것인가"를 장치 구성으로 푼 사례입니다. 고체수소 계통을 설계할 때 열원 확보가 부차적 문제가 아니라 장치 구성 자체를 결정하는 변수라는 점이 청구 구성에 그대로 나타납니다.
경계 조건 — 언제 고체수소가 불리해지는가
첫째, 중량입니다. 금속수소화물은 수소 저장량 대비 용기 중량이 큽니다. 항만 견인차량(수소 19kg)이나 선박처럼 중량 여유가 있는 용도에서 사례가 나오는 것도 이 때문으로 보이며, 승용 이동수단으로 확장할 때의 중량 조건은 공개 자료에 제시되지 않았습니다 — 확인 필요 항목입니다.
둘째, 충전·방출 속도입니다. 위에서 본 대로 방출은 열 공급 속도에 묶입니다. 급속 충전이나 급격한 부하 변동이 요구되는 용도에서는 고압수소 대비 불리합니다.
셋째, 규모입니다. 저장량이 커질수록 열교환 면적과 순환 동력이 함께 커지므로, 압축 전력을 아낀 이점이 열계통 설비비로 옮겨 갑니다. 손익분기 규모는 현장 조건에 따라 달라지며 이 글에서 단정할 수 없습니다.
단일 선택 기준은 이렇게 잡습니다. 방출유량 요구가 완만하고 폐열 또는 저온 열원이 현장에 이미 있는 중소 규모 저장에서만 고체수소가 고압수소보다 유리합니다. 열원을 새로 만들어야 하는 현장이라면, 압축 단계를 줄여 아낀 전력은 열계통에서 다시 지출됩니다.
출처: 전기신문 「태양광·풍력 저장 해법 ‘고체수소’…中, 제로탄소 도시 청사진」(2026-09-14)
