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청주 공공하수처리장에서는 하수 슬러지(Sewage Sludge)를 처리하는 과정에서 매일 바이오가스(Biogas)가 만들어집니다. 도시가스와 성질이 비슷한 바이오가스는 열원으로, 발전 연료로 여러 곳에 쓰여 왔습니다. 이제 그 쓰임에 또 하나의 선택지가 생겼습니다. 수소로 바뀌어 청주 시내를 달리는 수소버스와 수소전기차 넥쏘의 연료가 되는 것입니다. 지금 하수처리장 한편에 자리한 ‘HTWO ENERGY 청주’에서 일어나는 일입니다.
HTWO ENERGY 청주는 현대자동차그룹이 직접 투자한 첫 번째 자원순환형 수소 생산·충전 복합사업장입니다. 올해 5월 가동을 시작해 하루 500kg의 수소를 만들고, 만든 자리에서 바로 차량을 충전할 수 있는 곳이죠.
가동 5개월째를 맞은 현장에서 현대차 HMG에너지&수소산업본부 자원순환수소사업추진팀 김상범 팀장과 이은선 매니저를 만나, 수소가 한 도시의 일상이 되어 가는 과정을 들어봤습니다.
지산지소의 첫 모델, HTWO ENERGY 청주
‘HTWO’는 수소의 생산부터 저장, 운송, 충전, 활용까지 전 과정을 아우르는 현대차그룹의 수소 사업 브랜드이자 비즈니스 플랫폼입니다. 현대차그룹은 약 30년간 수소 기술 개발에 선제적으로 투자하며 수소 모빌리티 시장을 선도해 왔고, 수소 충전 인프라 구축과 운영에도 참여하며 사업 영역을 넓혀 왔습니다.
여기서 한 걸음 더 나아가, 현대차그룹은 수소를 직접 만드는 기술에도 공을 들여왔습니다. 물을 전기분해해 수소를 추출하는 수전해 기술뿐 아니라, 하수 슬러지나 음식물쓰레기 같은 유기성 폐기물에서 나오는 바이오가스를 활용해 수소를 만드는 ‘자원순환형 수소 생산(Waste-to-Hydrogen, 이하 W2H)’ 기술을 꾸준히 다져 왔죠. HTWO ENERGY 청주는 현대차그룹이 그동안 쌓아 온 W2H 기술과 경험을 기반으로 수소를 생산해 판매까지 하는 첫 번째 현장입니다.
그렇다면, 전국 여러 후보지 가운데 청주가 첫 무대가 된 이유는 무엇일까요?
자원순환형 수소 사업을 이끌고 있는 김상범 팀장은 청주를 택한 이유를 이렇게 설명했습니다.
“청주의 경우 기존 수소 공급은 울산, 전남 여수, 충남 서산 등 대부분 해안가 석유화학단지에서 발생한 부생수소*를 끌어오는 방식이었습니다. 국토 한가운데인 중부내륙의 청주에서 수소를 쓰려면 수백 킬로미터 떨어진 곳에서 실어 와야 했고, 이 과정에서 막대한 물류비가 들었습니다. 게다가 도로 상황이나 공급망 차질에 따라 수소 충전 가격이 변동하는 취약성도 있었죠. 현대차그룹과 청주시는 이런 방식에서 벗어나, 지역에서 생산한 수소를 지역에서 소비하는 ‘지산지소(地産地消)’형 모델을 도입했습니다.”
* 부생수소: 석유화학 공정이나 철강 생산 과정에서 부수적으로 발생하는 수소
사업은 청주시와 현대차그룹이 역할을 나눠 맡습니다. 청주시는 하루 처리 용량이 약 32만㎥에 이르는 공공하수처리장에서 하수 슬러지를 처리해 바이오가스를 생산하고, 처리장 안의 부지 7,500㎡를 제공합니다. 현대차그룹은 청주시로부터 하루 약 4,000Nm³의 바이오가스를 구매해 이를 원료로 수소를 생산합니다. 그룹 안에서는 현대자동차가 전체 W2H 사업모델 기획과 통합설계, 구축관리, 사업장 운영관리와 총괄을 담당하고, 현대로템은 수소추출기와 충전소 등 주요 설비의 제작과 시공을 맡았습니다.
바이오가스가 만들어지는 곳, 수소를 만드는 곳, 수소를 충전하는 곳이 한 울타리 안에 모인 것입니다. HTWO ENERGY 청주는 청주시와 현대차그룹의 긴밀한 협업 끝에 5월 가동과 함께 수소 판매를 시작했고, 7월에는 지역 사회와 함께 준공식을 열었습니다.
일상에서 태어나 매일을 움직이는 에너지
W2H에 쓰이는 바이오가스는 음식물쓰레기, 가축분뇨, 하수 슬러지 같은 유기성 폐자원을 처리하는 시설에서 만들어집니다. 도시가스와 성상이 비슷한 바이오가스는 그동안 주로 처리 시설 안에서 열원으로 쓰여 왔는데요. 이를 수소 생산에 활용하면 바이오가스의 쓰임을 모빌리티 연료라는 새로운 에너지 영역으로 넓힐 수 있습니다. 지역에서 나오는 바이오가스로 그 지역에서 바로 수소를 만들 수 있다는 것이 W2H의 강점입니다.
“바이오가스는 부피가 크고 수송 효율이 낮아, 생산된 지역에서 바로 활용하는 것이 가장 효율적입니다. HTWO ENERGY 청주는 청주에서 만들어진 바이오가스로 수소를 만들고, 그 수소를 지역 주민들이 승용차나 시내버스로 직접 체감하는 자원순환 구조를 갖췄다는 데 의미가 있습니다.”
이은선 매니저는 이를 “외부 공급망 의존도를 낮춘 ‘분산 자립형 수소 공급 체계’”라고 표현했습니다. 해안가에서 튜브트레일러로 수소를 실어 오던 방식과 달리 부지 안에서 만들어 바로 충전하니, 운송비 부담도 크게 줄었습니다.
충전소의 하루는 분주합니다. 특정 차고지 전용이 아닌 승용·상용 복합 충전소라, 시내버스와 고속버스부터 출퇴근길 시민의 넥쏘까지 다양한 차량이 들릅니다. 도심과 다소 떨어진 지역임에도 충전을 위해 찾는 고객들로 붐비고 있습니다.
김상범 팀장은 이곳의 또 다른 강점으로 가격 경쟁력을 꼽았습니다. “전국 평균은 kg당 1만 원*이 넘는데 여기는 9,200원이에요. 주유할 때도 100원, 200원 차이에 주유소를 찾아다니잖아요. 지역 주민에게 수요가 높은 편입니다.”
지역에서 생산한 수소가 지역을 달리는 수소차의 연료가 되는 순환이, 이곳에서는 자연스러운 일상입니다.
* 2026년 11월 4일 기준, 전국 평균 10,523원, 충북 10,045원(수소유통정보시스템)
하수 슬러지가 수소가 되는 과정
그렇다면 하수 슬러지는 어떤 과정을 거쳐 수소가 될까요? 핵심은 크게 ‘모으고, 분해하고, 걸러내고, 뽑아내고, 골라내는’ 다섯 단계입니다. 청주시 공공하수처리장에서 시작해서 HTWO ENERGY 청주 시설까지, 그 과정을 따라가 봅니다.
첫 단계는 ‘모으기’입니다. 청주에서 매일 나오는 생활 하수를 공공하수처리장에서 모아 처리하고 남은 하수 슬러지가 바이오가스의 원료가 됩니다. 두 번째 ‘분해’ 단계에서는 이 하수 슬러지가 산소가 없는 소화조에서 미생물에 의해 분해됩니다. 이때 나오는 가스가 바로 바이오가스입니다. 바이오가스는 메탄이 주성분이고, 이산화탄소가 약 40%를 차지하죠. 여기까지가 청주시 공공하수처리장의 몫입니다. HTWO ENERGY 청주는 이렇게 만들어진 바이오가스를 청주시로부터 구매해 수소 생산에 활용합니다.
다음 단계는 ‘걸러내기’입니다. 하수처리장에서 만들어진 바이오가스는 같은 부지 안의 HTWO ENERGY 청주로 옮겨져 고질화(Upgrading) 공정을 거쳐 ‘바이오메탄’이 됩니다. 고질화는 바이오가스에 섞인 이산화탄소와 황화수소, 실록산 같은 불순물을 걸러 가스의 질을 높이는 과정입니다.
이산화탄소를 걸러내는 데는 ‘특수 멤브레인(기체분리막) 기술’을 씁니다. 이산화탄소나 수증기는 분자가 작고 투과도가 높아 고분자 분리막을 먼저 통과하는데요, 상대적으로 분자가 큰 메탄이 막을 늦게 통과하는 원리를 이용해 순도 95% 이상의 바이오메탄을 만들 수 있습니다. 이렇게 만든 바이오메탄은 도시가스(NG)와 비슷한 성질을 띠게 됩니다.
이제 본격적으로 수소를 뽑아낼 차례입니다. 고질화된 바이오메탄은 현대로템이 제작한 수소추출기(수소개질기)를 통해 수소로 바뀝니다. 핵심은 추출기 내부의 반응기(Reactor)인데요. 약 800℃의 수증기와 바이오메탄을 촉매 반응시켜 ‘수소’와 ‘일산화탄소’로 전환하고, 여기서 나온 일산화탄소를 다시 수증기와 반응시켜 수소를 한 번 더 만들어 냅니다.
마지막 ‘골라내기’는 압력 변화를 이용해 불순물을 흡착시키는 압력순환흡착(Pressure Swing Adsorption, PSA) 기술이 맡습니다. 이 과정을 거쳐 순도 99.97% 이상의 수소가 저장설비로 넘어갑니다.
고순도 수소는 이제 용도에 맞게 압축해 저장합니다. 압축을 하는 이유는 무엇보다 수소가 가장 가벼운 원소라 기체 상태로는 부피가 매우 크기 때문입니다. 먼저 200bar로 압축해 저장용기에 보관하고, 차량 충전용 수소는 한 번 더 875bar의 고압으로 압축합니다. 대기압이 1bar인 것을 생각하면 매우 큰 압력으로 수소를 눌러 담아 보관하는 셈입니다.
저압으로 압축한 수소는 튜브트레일러에 실려 수소가 필요한 곳으로 출하되고, 고압 수소는 바로 충전소로 이동합니다.
압력을 높이고 냉각을 거친 수소는 충전기(디스펜서)를 통해 넥쏘와 수소버스의 고압 수소 저장탱크를 빠르게 채웁니다.
공정에서 나오는 부산물도 다시 활용합니다. 정제하고 남은 오프가스(off-gas, 잔류 가스)는 수소추출기 버너의 열원으로 다시 사용해 공정 안의 에너지 손실을 줄이고 있죠. 고질화 공정에서 나온 이산화탄소 역시 포집·회수해 액화탄산(액화이산화탄소)으로 판매합니다. 액화탄산은 우리가 잘 아는 드라이아이스의 원료이기도 하고, 자동차 부품을 만들 때 금속 열처리, 용접, 절단에도 쓰이는 핵심 재료이죠.
김상범 팀장은 이 모든 과정의 바탕으로 ‘검증’을 꼽았습니다.
“메탄을 물과 반응시켜 수소를 만드는 방식은 오랫동안 쓰여 온 대표적인 수소 생산 기술입니다. 이렇게 검증된 기술을 현대차 연구소와 현대로템이 함께 발전시켜 왔습니다.”
현장 설비의 최우선 목표는 운영 안정성에 맞춰져 있습니다. 매일 수소를 기다리는 버스와 승용차가 있는 충전소에서 가장 중요한 것은 멈추지 않는 생산이기 때문입니다. 이은선 매니저는 “현대차와 현대로템의 긴밀한 기술 협력으로 바이오가스 고질화 공정과 수소추출 공정을 최적화해, 고순도 수소를 안정적으로 생산하고 있다”고 설명했습니다. 이를 위해 현대차는 실시간 모니터링 시스템을 개발해 적용했는데요. 24시간 돌아가는 설비의 수소 순도와 운영 상태를 실시간으로 확인해 이상 징후에 빠르게 대응하고, 교대와 점검 과정에서 생길 수 있는 인적 오류도 줄이고 있습니다.
1998년 연료전지 개발로 시작한 현대차그룹의 수소 여정은 수소차를 만드는 데서 멈추지 않고, 이제 그 차의 연료를 직접 만들어 공급하는 데까지 이르렀습니다. 2013년 세계 최초 양산형 수소전기차, 2018년 수소전기차 전용 모델 넥쏘(전 세계 누적 판매 5만 대 이상, 2026년 10월 기준)로 수소 모빌리티를 이끌어 온 경험이, 이제 일상에서 생산해 즉각 꺼내 쓸 수 있는 현장으로 이어지고 있습니다.
대중에게 더 가까이 다가가는 수소 이야기, 하이드로젠 아카데미
HTWO ENERGY 청주에는 수소를 만드는 설비만 있는 것이 아닙니다. 수소를 보고, 듣고, 이해하는 공간인 ‘하이드로젠 아카데미’가 함께 자리합니다.
하이드로젠 아카데미는 수소 사업을 찾는 주요 고객과 파트너들에게 청주 W2H 시설과 자원순환 수소 사업을 알기 쉽게 소개하고, 현대차그룹의 수소 비전을 직접 알리는 대외 홍보 거점입니다.
이곳에서는 현대차그룹 수소 브랜드 HTWO의 사업과 가치, W2H 사업장의 전 공정을 미디어와 전시 콘텐츠로 보여줍니다. 바로 옆 시설에서 일어나는 일을 한눈에 이해할 수 있도록 만든 공간입니다.
개관 이후 국내외 정부와 지자체 관계자부터 글로벌 파트너, 지역 운수사, 미래 세대에 이르기까지 다양한 분야의 이해관계자들이 활발히 방문하고 있죠.
수소와 대중의 거리를 좁히려는 노력은 사업장 밖에서도 이어집니다. 현대차는 지난 9월 10일부터 16일까지 고양특례시와 파주시 일원에서 열린 ‘제18회 DMZ국제다큐멘터리영화제’를 공식 후원했습니다.
비무장지대(DMZ)를 배경으로 평화와 생태를 이야기하는 이 영화제에서, 현대차는 VIP 의전과 관람객 이동을 위해 넥쏘 5대를 운영하고, 개막식 당일에는 유니버스 대형 수소전기버스 3대를 추가로 투입해 관객들이 수소 모빌리티를 직접 체험할 수 있도록 했습니다. 영화를 보러 온 관객들이 수소전기차를 타고 일상의 이동수단으로 경험하는 자리였습니다.
HTWO ENERGY 청주를 넘어
가동 5개월을 넘긴 HTWO ENERGY 청주는 빠르게 자리를 잡았습니다. 청주는 수소버스와 넥쏘 보급량이 유독 많은 도시입니다. 지금 만드는 수소는 모두 지역에서 소비되고, 더 만들 수만 있다면 더 쓰일 수요가 있습니다.
현대차그룹은 청주시와 긴밀한 협력을 바탕으로 기존 하수 슬러지 가스에 음식물 바이오가스를 연계하는 등 원료 공급망을 다변화해 가동 효율을 높이고 있습니다. 장기적으로는 국토교통부 수소도시 조성사업과 연계해 하루 최대 2톤까지 수소 생산 규모를 키우는 방안을 검토하고 있습니다.
청주 모델을 다른 도시로 옮겨 심으려면 무엇이 필요할까요. 김상범 팀장은 먼저 ‘인구’를 꼽았습니다. “인구 30만 명 정도 도시에서는 음식물쓰레기가 하루 60~70톤 나옵니다. 여기서 나오는 바이오가스로 수소를 만들면 500kg 정도가 되는데, 승용차로는 100대 이상, 버스나 트럭으로는 20~30대를 충전할 수 있는 양입니다. 한 도시의 물류 체계에 활용할 수 있는 규모죠.”
규모만큼 중요한 것은 관리 능력과 의지입니다. 바이오가스를 만드는 지자체의 안정적인 원료 관리, 그리고 그 가스로 만든 수소를 수소버스와 시민들에게 저렴하게 공급하려는 의지가 함께 뒷받침돼야 합니다. 청주가 첫 무대가 된 것도 현대차그룹 내 원활한 협력 구조와 청주시의 적극적인 의지가 있었기에 가능한 일이었습니다.
현대차그룹은 지역마다 다른 원료에서 만들어지는 바이오가스를 그 지역의 수소로 바꾸는 W2H 거점을 늘려 갈 계획입니다. 충주에서 연구개발로 가능성을 확인한 데 이어, 국내 두 번째 W2H 사업장인 파주는 2027년 하반기 운영을 목표로 준비 중입니다. 그리고 이 모델은 해외로도 뻗어 나갈 예정인데요. 인도네시아 서부 자바 등에서는 매립지에서 나오는 가스를 활용한 자원순환형 수소 생태계 조성을 준비 중입니다.
HTWO ENERGY 청주에서 시작된 작은 순환이 도시의 에너지 지도를 새로 그립니다. 일상에서 버린 것이 다시 일상을 움직이는 곳. 현대차그룹이 그리는 수소 사회의 선명한 장면은 지금 청주에서 펼쳐지고 있습니다.
사진. 이태권
