최근 철강 산업계에 혁신적인 소식이 전해지고 있습니다! 2025년 10월 말, 포항제철소에서 청록수소 생산 시범 설비를 가동했다는 소식인데요. 이 설비는 기존 방식과는 완전히 다른 TCD 메탄 열분해 기술을 활용합니다. 특히 이 기술은 수소를 생산하는 과정에서 이산화탄소를 전혀 배출하지 않아 철강 산업의 탈탄소화에 결정적인 역할을 할 것으로 기대받고 있습니다. 오늘은 이 혁신적인 기술이 어떻게 우리 산업의 미래를 바꿀 수 있는지 자세히 알아보겠습니다.
TCD 메탄 열분해 기술, 무엇이 특별한가요?
TCD 메탄 열분해 기술은 천연가스의 주성분인 메탄(CH₄)을 고온에서 분해해서 수소(H₂)와 고체 탄소(C)를 만들어내는 공정입니다. 1,000~1,500℃의 고온에서 용융 금속 촉매를 사용해 메탄 분자를 수소와 탄소로 분리시키는 원리죠. 이 과정에서 가장 중요한 특징은 이산화탄소가 전혀 발생하지 않는다는 점입니다.
기존에 널리 사용되던 수소 생산 방식인 SMR(Steam Methane Reforming) 공정과 비교해보면 그 차이가 더 선명하게 드러납니다. SMR 방식은 메탄과 수증기를 반응시켜 수소를 생산하는 과정에서大量的인 이산화탄소가 배출됩니다. 반면 TCD 기술은 메탄을 직접 분해하기 때문에 이산화탄소 발생 자체가 없는 것이죠. 서울과학기술대학교 연구팀에 따르면 이 기술의 수소 생산 효율은 70~80% 수준으로 매우 높다고 합니다.
또 하나의 큰 장점은 고부가가치 부산물을 얻을 수 있다는 점입니다. 수소와 함께 생산되는 고순도 탄소는 그래파이트 형태로, 전기차 배터리 소재나 다양한 산업용 소재로 활용될 수 있습니다. 즉, 하나의 공정에서 두 가지 귀중한 제품을 동시에 생산할 수 있는 셈이죠.
최근 어떤 연구와 개발이 진행되고 있나요?
2025년 10월 16일, 한국화학공학회 가을 학술대회에서 서울과학기술대학교 연구팀이 주목할 만한 연구 성과를 발표했습니다. 연구팀은 ‘메탄 열분해를 위한 용융 금속 물성의 제일원리 기반 연구’를 통해 TCD 공정의 효율성과 안정성을 높일 수 있는 방법을 제시했는데요. 제일원리 계산이라는 첨단 계산 방법을 이용해 용융 금속의 표면 특성과 반응 메커니즘을 분석했습니다.
이 연구의 핵심은 니켈, 구리 같은 용융 금속 촉매의 성능을 최적화하는 것입니다. 촉매의 표면 특성을 정밀하게 조절하면 반응 선택성을 높이고, 생성되는 탄소의 품질도 향상시킬 수 있습니다. 실제로 이 연구를 통해 반응 효율을 70~80% 수준으로 유지하면서도 더욱 안정적인 공정 운영이 가능해졌습니다.
연구를 주도한 권형욱 교수는 “용융 금속 촉매의 최적화를 통해 반응 효율과 탄소 품질을 동시에 높일 수 있다”고 설명했습니다. 이번 연구 결과는 TCD 기술의 상용화를 한 단계 앞당기는 계기가 될 것으로 보입니다.
실제 철강 현장에서는 어떻게 적용되고 있나요?
2025년 10월 28일, 포항제철소에서는 TCD 메탄 열분해 기술을 활용한 청록수소 생산 시범 설비를 본격 가동했습니다. 이 설비는 연간 1,000톤 규모의 청록수소를 생산할 수 있는데요. 생산된 수소는 철강 제조 공정에서 환원제로 사용됩니다. 동시에 고순도 탄소도 부산물로 회수되어 전기차 배터리 소재 등으로 재활용되고 있습니다.
포스코의 계획은 더욱 거창합니다. 2026년까지 생산 규모를 10,000톤/년으로 확대하고, 2030년까지는 전체 수소 수요의 30%를 이 기술로 충당하겠다는 목표를 세웠습니다. 포스코 수소사업본부장은 “TCD 기술은 철강 산업의 수소 수요를 저비용·저탄소로 충족시킬 수 있는 핵심 기술”이라고 강조했습니다.
현재 철강 산업의 연간 수소 수요는 약 200만 톤에 이릅니다. 이는 전체 에너지 소비의 약 10%에 해당하는 양인데요. TCD 기술이 본격 도입되면 이 거대한 수소 수요를 친환경적으로 해결할 수 있게 됩니다.
정부와 산업계는 어떻게 지원하고 있나요?
산업통상자원부는 2025년 10월 30일, ‘저탄소 수소 생산 기술 실증 지원 사업’을 통해 TCD 메탄 열분해 기술을 포함한 5개 기술에 총 300억 원의 예산을 투입한다고 발표했습니다. 이중 TCD 기술에는 100억 원 규모의 실증 프로젝트 예산이 배정되었는데요.
이 지원 사업은 철강, 화학, 시멘트 등 탄소를 많이 사용하는 산업에 적용 가능한 저탄소 수소 생산 기술을 대상으로 합니다. 실증 프로젝트는 2026년까지 진행되며, 성공적인 결과를 바탕으로 2027년부터 본격적인 상용화가 이루어질 예정입니다.
산업통상자원부 에너지정책과장은 “TCD 기술은 탄소 집약 산업의 탈탄소 전략에 핵심 역할을 할 것으로 기대된다”며 “정부는 실증 프로젝트를 통해 기술 상용화를 가속화할 계획”이라고 말했습니다. 이처럼 정부와 산업계의 협력이 본격화되면서 TCD 기술의 발전 속도도 한층 빨라지고 있습니다.
이 기술의 경제성과 시장 전망은 어떻게 될까요?
TCD 기술로 생산하는 청록수소의 현재 생산 비용은 kg당 3.5~4.5 USD 수준입니다. 이는 포스코의 시범 설비 운영 결과를 바탕으로 도출된 수치인데요. 기술이 발전하고 규모가 확대되면 이 비용은 점차 낮아질 것으로 예상됩니다.
글로벌 청록수소 시장은 2025년 현재 약 50억 달러 규모로 추정됩니다. 전문가들은 이 시장이 2030년까지 연평균 25%씩 성장할 것으로 전망하고 있습니다. 특히 TCD 기술의 시장 점유율은 현재 10% 수준이지만, 2030년에는 25% 이상으로 크게 높아질 것으로 예상됩니다.
- 철강 산업의 수소 수요 전망: 2025년 200만 톤에서 2030년 500만 톤으로 급증할 것으로 예측됩니다. 수소환원제철 기술의 본격 도입으로 인한 수요 증가가 주된 이유입니다.
- 적용 분야 다양화: 현재는 철강 산업이 주 적용 분야이지만, 점차 화학, 시멘트, 전기차 배터리 소재 등 다양한 산업으로 확대될 전망입니다.
- 부산물 시장 성장: 고순도 탄소 부산물에 대한 수요도 함께 증가하면서 추가적인 수익 창출이 가능해질 것입니다.
기존 기술과 비교했을 때 어떤 장점이 있나요?
TCD 메탄 열분해 기술의 가장 큰 강점은 환경적 이점입니다. 기존 SMR 방식 대비 이산화탄소 감축 효과가 90% 이상에 달합니다. 이는 탄소 중립 목표를 달성하기 위해 반드시 필요한 기술적 전환이라고 할 수 있죠.
두 번째 강점은 자원의 효율적 활용입니다. 수소만 생산하는 다른 기술과 달리, 고순도 탄소라는 부가가치 제품을 동시에 생산할 수 있습니다. 포스코의 사례에서 볼 수 있듯이, 이 탄소는 전기차 배터리 소재 등으로 재활용되어 추가 수익을 창출합니다.
세 번째로 주목할 점은 기존 인프라 활용 가능성입니다. 천연가스 인프라를 그대로 사용할 수 있어 초기 투자 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 생산된 수소는 기존 철강 공정에 바로 활용 가능해 기술 도입 장벽이 상대적으로 낮은 편입니다.
다만 아직까지는 상용화 초기 단계라 규모의 경제를 달성하지 못해 생산 비용이 높은 편입니다. 또한 고온 공정을 안정적으로 유지하기 위한 기술적 과제도 남아있습니다. 하지만 현재의 연구 개발 속도를 고려하면 이러한 과제들은 조만간 해결될 것으로 보입니다.
앞으로의 발전 가능성과 우리 산업에 미칠 영향
TCD 메탄 열분해 기술은 단순한 수소 생산 기술을 넘어 우리 산업 구조의 변화를 이끌 핵심 기술로 자리매김할 전망입니다. 특히 철강 산업은 이 기술을 통해 환경 규제에 대응하면서도 경쟁력을 유지할 수 있는 계기를 마련하게 됐습니다.
2030년이 되면 철강 산업의 수소 수요가 현재의 두 배 이상으로 증가할 것으로 예상됩니다. TCD 기술은 이 거대한 수요를 친환경적으로 충족시킬 수 있는 가장 현실적인 대안 중 하나입니다. 이미 포스코를 비롯한 글로벌 철강 기업들은 이 기술의 상용화를 위해 적극적으로 투자하고 있습니다.
앞으로 5년 안에 TCD 기술은 현재의 실증 단계를 넘어 본격적인 상용화 단계에 접어들 것으로 보입니다. 기술 발전과 규모 확대로 생산 비용은 점차 낮아지고, 효율은 더욱 높아질 것입니다. 이와 함께 고순도 탄소 부산물의 활용처도 다양화되면서 경제성은 한층 개선될 전망입니다.
마치며
TCD 메탄 열분해 기술은 탄소 중립 시대를 여는 핵심 기술로 빠르게 자리매김하고 있습니다. 이산화탄소 배출 없이 수소를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 고부가가치 탄소 부산물까지 얻을 수 있어 자원 순환 측면에서도 매우 의미 있는 기술입니다. 최근 포스코의 실증 프로젝트 가동과 정부의 지원 확대는 이 기술의 상용화가 먼 미래의 일이 아니라는 것을 보여주고 있습니다.
철강 산업을 비롯한 탄소 집약 산업들은 이 기술을 통해 환경과 경제의 조화를 이룰 수 있는 길을 찾게 되었습니다. 기술 개발과 인프라 구축에 대한 지속적인 투자가 이루어진다면, TCD 메탄 열분해 기술은 우리나라의 탈탄소 경제로의 전환을 주도하는 견인차 역할을 톡톡히 해낼 수 있을 것입니다.
앞으로 이 기술이 어떻게 발전해나갈지, 또 우리 산업 현장에 어떤 변화를 가져올지 지켜보는 것도 의미 있을 것 같습니다. 기술의 발전 속도가 매우 빠르기 때문에 내년이면 또 다른 소식으로 여러분을 찾아뵐 수 있을 것 같네요!