전세계 제철소와 정유사들의 꿈 '청정 수소', 카이스트 출신 20대 한국인이 방법 찾았다
[스타트업 취중잡담] 음이온 교환막 수전해 기술 개발기
진은혜 더비비드 기자
입력 2025.12.09. 06:00업데이트 2025.12.09. 14:58
스타트업 성장을 돕기 위해 스타트업 인터뷰 시리즈 ‘스타트업 취중잡담’을 게재합니다. 그들의 성장기와 고민을 통해 한국 경제의 미래를 탐색해 보시죠.
하이드로엑스팬드의 현종현(29) 대표. /더비비드
전 세계가 ‘탄소 중립’을 외치며 화석연료와의 작별을 준비하고 있다. 하지만 태양광이나 풍력 같은 재생 에너지만으로는 해결되지 않는 영역이 있다. 바로 철강, 화학, 정유처럼 공정 자체에서 탄소가 발생하는 산업군이다. 이들 산업의 탄소 배출을 줄이기 위해서는 ‘수소’가 필수적이지만, 비싼 생산 비용이 늘 걸림돌이다.
기존 수(水)전해 기술의 한계를 넘어 값싸고 깨끗한 수소 만들기에 도전장을 내민 스타트업이 있다. 연구실 기술을 세상 밖으로 끌어내 기후 문제 해결의 정공법을 택한 하이드로엑스팬드의 현종현(29) 대표를 만났다.
◇성능, 내구성, 단가 세 마리 토끼 잡은 음이온 교환막 수전해 기술
하이드로엑스팬드는 높은 성능과 내구성, 저렴한 생산 단가를 동시에 충족하는 ‘음이온 교환막 수전해’ 기술 개발사다. /하이드로엑스팬드
이산화탄소 감축을 위해 에너지를 전기로 전환하는 ‘전기화’가 빠르게 진행되고 있지만, 철강·화학·정유 산업은 전기화가 어렵다.
이들 산업에서는 전기 대신 수소가 유력한 해법으로 떠오르고 있다. 철 생산 과정에서 석탄을 수소로 대체하면 탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있다. 암모니아 합성에도 수소는 필수 원료다. 문제는 현재 사용되는 수소 대부분이 생산 과정에서 탄소를 배출하는 ‘그레이 수소’라는 점이다. 탄소 배출이 없는 ‘청정 수소’(그린 수소)의 생산 비용이 여전히 높은 탓이다.
결국 관건은 청정 수소의 경제적인 생산이다. 이를 가능하게 하는 대표 기술이 물을 전기로 분해해 수소와 산소를 얻는 ‘수전해’다. 하지만 현재 보편화된 수전해 기술은 성능이 좋으면 가격이 너무 높고, 저렴하면 효율이 떨어지는 딜레마를 안고 있다.
하이드로엑스팬드는 이 한계를 정면으로 겨냥해 높은 성능과 내구성, 그리고 저렴한 생산 단가를 동시에 충족하는 ‘음이온 교환막 수전해’ 기술을 개발하고 있다. 개발한 수전해 장비를 연구실, 건설사 등 다양한 현장에 도입해 수소 사용을 확산에 보탬이 되겠다는 구상이다.
◇연구실을 넘어 산업으로, 공학도가 느낀 갈증
현종현 대표는 카이스트(KAIST) 생명화학공학과에서 학사, 석사, 박사를 모두 마친 정통 공학도다. /하이드로엑스팬드
현종현 대표는 카이스트(KAIST) 생명화학공학과에서 학사, 석사, 박사를 모두 마친 정통 공학도다. “과학고 재학 시절부터 수학과 과학을 좋아했습니다. 과학 과목 중에서는 암기보다는 원리를 기반으로 한 응용이 중요한 화학을 택했죠. 대학 진학 후에 전기화학공학을 집중적으로 공부했습니다. 전통적인 화학공학 산업 대신 수소, 배터리 등 새로 부상하는 산업에 접목할 수 있다는 점이 매력적으로 보였거든요.”
대학원에서는 새로 부상하기 시작한 음이온 교환막 수전해 기술을 연구했다. 박사 과정 동안 우수한 지도교수님 밑에서 많은 논문을 쓰고 좋은 실적을 거뒀지만, 마음 한구석에는 채워지지 않는 갈증이 있었다. “학계에 남으면 논문을 쓰고 게재하는 일이 반복될 텐데 ‘이게 세상을 더 좋게 바꾸는 데 큰 도움이 될까’ 의문이 들었습니다. 연구도 의미 있는 활동이지만, 제 일이 실제 사회의 문제를 해결하고, 더 많은 사람에게 영향을 미치기를 원했습니다.”
◇“청정수소가 비싼 이유, 우리가 깹니다”
세대별 수전해 기술 소개 및 장단점을 보여주는 시각자료. /하이드로엑스팬드
연구실 안의 작은 문제 대신 ‘수소 산업의 경제성 확보’라는 난제를 풀기로 결심했다. 2023년 12월, 하이드로엑스팬드를 설립하고 청정수소 생산에 꼭 필요한 기술 중 하나인 수전해 장비 개발에 착수했다.
지금까지 수전해 시장을 주도해온 알카라인 수전해와 양이온 교환막 수전해는 치명적인 단점을 안고 있었다.“ 알카라인 수전해는 장비 가격이 저렴하지만, 재생에너지처럼 전력 공급의 변동이 큰 환경에서는 효율이 급격히 떨어집니다. 껐다 켰다 반복해야 해서 가동률이 낮고, 결과적으로 수소 생산 비용이 비싸집니다. 양이온 교환막 수전해는 재생에너지의 변동성에는 잘 대응합니다. 하지만 산성이라 부식에 강한 티타늄 같은 소재를 사용해서 설치 및 운영 비용이 비쌉니다.”
하이드로엑스팬드에서 개발해 납품 중인 스택들. /하이드로엑스팬드
관건은 청정수소 생산가를 낮추는 것이다. 하이드로엑스팬드는 두 기술의 장점을 결합한 음이온 교환막 수전해에서 답을 찾았다. “양이온 교환막 수전해처럼 재생에너지 변동성에 유연하게 대응하면서, 알카라인 수전해처럼 니켈이나 철 같은 저렴한 소재로 만들 수 있습니다. 덕분에 높은 성능을 유지하면서 설치 및 유지 비용은 낮출 수 있죠.”
물론 논문 속 기술을 현실로 끌어오는 과정은 순탄치 않았다. “딥테크 창업은 기술적 불확실성과 사업적 불확실성을 동시에 떠안는 일입니다. 연구실에서는 성공했던 기술도 성능과 내구성과 단가 모두 따지는 시장의 눈높이에 맞추려면 수많은 실험과 개선 과정을 거쳐야 하더군요. 하드웨어 제조 특성상 작은 개선 작업에도 오랜 시간이 걸렸습니다.”
공식 홈페이지에 게시한 장비 관련 데이터들. /하이드로엑스팬드
현재 연구용으로 납품 가능한 소형 장비는 개발을 완료했고, 기업에 납품 가능한 수준의 장비는 개발 막바지 작업에 이르렀다. “대형 국책 과제에 참여 중인 고객사에 저희의 2kW급 스택을 납품하고 있습니다. 1MW급 설비 구축을 목표로 합니다. 이미 8개국 이상에 제품을 판매해 27개 이상의 고객사를 확보했습니다.”
현 대표는 비싼 청정수소 생산 단가가 수소 산업 활성화를 가로막는 요인이라고 지적했다. 여기에 수전해 기술을 제대로 구현한 기업이 시장에 많지 않다는 점, 상당수 기업이 성능과 내구성 데이터를 공개하지 않는 현실도 문제로 꼽았다. “저희는 관행을 깨기 위해 성능과 내구성 데이터를 모두 공개하고 있습니다. 잠재 고객사를 만날 때마다 이런 데이터를 보여주며 설득하는데요. 이런 시도가 매출로 연결될 때 의미 있는 일을 하고 있는 것 같아 보람을 느낍니다.”
◇더 적은 전력으로 더 많은 수소를
2025 정주영 창업경진대회 데모데이 기후테크 트랙 부문에서 대상을 받았다. /하이드로엑스팬드
뚝심 있는 도전은 값진 성과로 이어졌다. 카이스트 스타트업 경진대회 E5에서 우수상을 받은 데 이어, 2025 정주영 창업경진대회 데모데이 기후테크 트랙 부문에서 대상을 받았다.
음이온 교환막 수전해 장비 적용 범위를 차근차근 넓힐 구상이다. “현재는 연구용 시장에 집중해 학계에서 기술력을 인정받는데 주력하고 있습니다. 5년 이내에 재생에너지가 풍부한 제주도나 전라도, 그리고 해외의 실증평가 시장을 공략할 겁니다. 최종적으로는 수조 원 규모의 수소 플랜트 시장에 진입할 계획이죠.”
더 적은 전력으로 더 많은 수소를 생산해, 산업 현장부터 우리의 일상까지 수소 에너지가 자연스럽게 스며들게 하는 것. 하이드로엑스팬드가 꿈꾸는 미래다. “기후 위기는 거대한 벽이자 아무도 풀지 못한 문제입니다. 이런 문제에 도전하는 순간부터 새로운 과제가 끊임없이 등장하지만, 이를 견디고 하나하나 풀어내는 과정 자체가 모방할 수 없는 혁신이 된다고 믿습니다.”
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