"수소경제 시대."
요즘 뉴스에서 가장 많이 들리는 단어 중 하나다.
하지만 많은 사람들이 모르는 사실이 있다.
현재 우리나라에서 수소를 가장 많이 사용하는 곳 중 하나는 정유공장이다.
더 놀라운 사실은 대부분의 정유사는 필요한 수소를 외부에서 사오는 것이 아니라 직접 생산하고, 회수하고, 재활용한다.
왜 이렇게까지 할까?
그 이유를 실제 정유공장의 운영 데이터를 바탕으로 알아보자.
수소는 정유공장의 '숨은 원료'다
많은 사람들은 정유공장이 원유만 있으면 휘발유와 경유를 만들 수 있다고 생각한다.
하지만 현대 정유공장은 그렇지 않다.
초저유황 경유
고품질 항공유
친환경 휘발유
를 만들기 위해서는
엄청난 양의 수소가 필요하다.
즉,
원유가 가장 중요한 원료라면, 수소는 두 번째로 중요한 원료라고 해도 과언이 아니다.
수소는 어디에 사용될까?
수소는 주로
- 황(Sulfur)
- 질소(Nitrogen)
- 금속
등의 불순물을 제거하는 데 사용된다.
대표적인 공정이
Hydrotreater(HDS)
이다.
또한
Hydrocracker에서는
무거운 원유를
- 휘발유
- 항공유
- 경유
와 같은 고부가가치 제품으로 전환하는 데에도 사용된다.
즉,
수소는
제품을 깨끗하게 만들고 동시에 더 가치 있는 제품으로 바꾸는 핵심 원료다.
실제 정유공장은 얼마나 많은 수소를 사용할까?
여기서부터는 실제 운영 데이터를 살펴보자.
2025년 기준 국내 대형 정유공장의 운영 사례를 보면
연간 약
4억 Nm³
의 수소가 공정으로 공급되었다.
이 가운데
- Hydrogen Plant(HMP) 생산 : 약 50%
- PSA 회수 수소 : 약 40%
- 외부 구매 : 약 10%
였다.
즉,
정유공장에서 사용하는 수소의 90% 이상은 자체 생산하거나 회수한 수소다.
외부에서 구매하는 수소는 일부에 불과하다.
수소는 어느 공정에서 가장 많이 사용할까?
많은 사람들이
Hydrocracker가 가장 많이 사용할 것이라고 생각한다.
실제 데이터를 보면 조금 다르다.
| 공정 | 수소 사용 비중 |
| 경유 수첨탈황(HDS/RHDS/GHDS) | 42% |
| Hydrocracker | 26% |
| Mild Hydrocracker | 9% |
| 나프타 수첨(HDT/HDS) | 9% |
| PX·방향족 공정 | 7% |
| 기타 | 7% |
※ 실제 국내 대형 정유공장 운영 데이터를 기반으로 재구성한 내용
흥미로운 점은
정유공장에서 사용하는 수소의 절반 이상이 '탈황' 공정에 사용된다는 것이다.
그만큼 오늘날의 초저유황 연료는 수소 없이는 생산할 수 없다.
정유사는 어떻게 수소를 만들까?
현재 대부분의 정유공장은
Steam Methane Reforming(SMR)
방식을 사용한다.
천연가스(CH₄)에 고온의 수증기를 반응시키면
수소가 포함된 합성가스가 생성된다.
이후
- HDS
- DCI
- HTS
- LTS
공정을 거쳐
일산화탄소를 제거하고
마지막으로
PSA(Pressure Swing Adsorption)
에서
고순도 수소를 생산한다.
생각보다 더 중요한 것은 '회수'다
많은 사람들이
Hydrogen Plant에서 생산만 하면 끝이라고 생각한다.
하지만 실제 정유공장은 그렇지 않다.
공정에서 수소를 사용하면
H₂ Rich Off-gas
가 발생한다.
이 가스에는 아직도 상당량의 수소가 포함되어 있다.
그래서
Off-Gas PSA에서
수소를 다시 회수하여
Main Hydrogen Header로 보내
재사용한다.
즉
정유공장의 수소는
생산 → 공급 → 사용 → 회수 → 재사용
이라는 거대한 순환 구조로 운영된다.
PSA는 생각보다 엄청난 역할을 한다
운영 데이터를 보면
PSA를 통해 회수된 수소는
전체 공급량의 약
40%
에 달한다.
이는
새로 생산하는 수소 부담을 크게 줄여준다.
만약 PSA가 없다면
Hydrogen Plant를 훨씬 더 크게 운영해야 하며,
천연가스 소비도 크게 증가한다.
수소도 생산원가를 관리한다
수소는 공짜가 아니다.
Hydrogen Plant는
정유공장에서
가장 많은 천연가스를 사용하는 설비 중 하나다.
실제 운영 사례에서는
수소 생산원가를
약
200원/Nm³ 수준
으로 관리하고 있다.
이렇게 보면
수소를 하루 수십만 Nm³ 사용하는 정유공장에서는
단가가
단 10원/Nm³
만 상승해도
연간 수십억 원의 비용 증가로 이어질 수 있다.
그래서
- Hydrogen Plant 효율
- PSA 회수율
- Hydrogen Network
- Purge 최소화
는 모두 중요한 에너지 절감 과제가 된다.
수소는 얼마나 깨끗해야 할까?
수소는 많이 생산하는 것만큼
순도(Purity)도 중요하다.
실제 수소 공장에서는 99.99% 이상의 고순도 수소
를 안정적으로 생산하고 있다.
이렇게 높은 순도를 유지하는 이유는
촉매 성능을 보호하고
제품 품질과 공정 안정성을 확보하기 위해서다.
현직 에너지관리팀장이 보는 Hydrogen Management
많은 사람들은
수소 생산량이 중요하다고 생각한다.
하지만 실제 현장에서는
새로 생산하는 수소보다 '회수하는 수소'를 더 중요하게 관리하는 경우가 많다.
Hydrogen Plant에서 수소를 생산하려면
막대한 천연가스와 연료가 필요하기 때문이다.
따라서
- PSA 회수율 향상
- Purge Gas 최소화
- Hydrogen Balance 최적화
- 공정별 수소 사용량 관리
를 통해
신규 수소 생산량을 줄이는 것이
생산비 절감과 탄소배출 저감의 핵심 전략이 된다.
앞으로 수소도 AI가 관리한다
최근에는
AI 기반 Hydrogen Network Optimization 기술도 확대되고 있다.
AI는
각 공정의 수소 사용량,
순도,
압력,
회수율을 실시간으로 분석하여
가장 경제적인 수소 공급 전략을 제안한다.
즉
미래의 정유공장은
더 많은 수소를 만드는 것이 아니라
같은 수소를 더 효율적으로 사용하는 방향으로 발전하고 있다.
결론
많은 사람들은
수소를 미래 자동차의 연료라고 생각한다.
하지만 지금 이 순간에도
정유공장에서는
수소가 없으면
깨끗한 휘발유도,
초저유황 경유도,
항공유도 만들 수 없다.
더 중요한 사실은
정유공장은
수소를 단순히 생산하는 것이 아니라
생산하고, 회수하고, 재활용하는 거대한 순환 시스템으로 운영된다는 점이다.
결국 현대 정유공장에서 수소는
연료가 아니라 생산비와 제품 품질, 그리고 에너지 효율을 결정하는 가장 중요한 원료 중 하나인 것이다.
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