메탄 열분해(메탄 열분해 반응으로도 알려짐)는 이론적으로 저배출 수소를 생산하는 가장 덜 복잡한 경로 중 하나로 보일 수 있다. 연소가 아니라 열을 이용해 메탄을 분리하기 때문이다. 그 결과 수소와 고체 탄소가 생성되며, 수소와 농축 이산화탄소 흐름이 생성되는 방식과는 다르다. 그러나 2026년 8월 29일 발표된 Michael Barnard의 분석은 산업 규모로 확대할 때 가장 큰 과제가 화학 공정의 실행 가능성을 입증하는 것이 아니라, 생성되는 대량의 탄소를 지속적으로 판매할 시장을 찾는 것이라고 결론 내린다.
공정에서 이산화탄소 흐름이 발생하지 않으면 청색 수소 제안과 연계된 포집·압축·운송·지질학적 저장 체계가 필요하지 않을 수 있다. 또한 Hazer Group은 KBR과 협력하여 촉매 응용 기술을 실험실 화학에서 가동 중인 파일럿 플랜트와 상업 규모의 엔지니어링 작업으로 발전시켰다. 그러나 공정 개선이 두 생산물 사이의 기본적인 관계를 없애지는 못한다. 수소 1톤마다 고체 탄소 약 3톤이 생성된다.
탄소는 소량의 부산물이 아니다
이러한 질량수지는 연간 수소 30만 톤을 생산하는 공장이 고체 탄소 약 90만 톤, 즉 하루 약 2,500톤을 생산한다는 뜻이다. Hazer는 철강, 배터리, 아스팔트, 콘크리트 및 기타 응용 분야에서 흑연질 탄소의 사용처를 개발하고 있다. 그러나 이러한 용도가 존재한다고 해서 필요한 물량·사양·위치·가격 조건으로 생산량을 자동으로 소화할 수 있다는 의미는 아니다.
Barnard는 가장 유리해 보이는 시나리오 중 하나를 검토한다. 수소를 철광석 직접환원에 사용하는 제철소가 동시에 전기로에서 흑연질 탄소의 일부를 사용할 수 있는 경우다. 여기에는 최종 조성 조정, 산화철 환원, 슬래그 발포, 공정 에너지 일부 제공 등이 포함될 수 있다.
그러나 질량수지를 Stegra 규모의 제철소와 비교하면, 연간 250만 톤의 철강을 생산하는 공장에 필요한 수소를 생산할 경우 흑연 약 34만~36만 5천 톤이 생성된다. 반면 이 공장이 소비할 수 있는 탄소는 약 4만 5천~6만 3천 톤에 불과할 수 있다. 수소와 탄소 사이의 이러한 비교적 유리한 결합조차 흑연의 약 80~90%를 다른 구매자에게 판매해야 하는 상황을 남긴다.
이 소식이 중요한 이유
문제는 탄소 시장이 없다는 것이 아니라 공급이 발생하는 방식과 수요가 형성되는 방식이 일치하지 않는다는 데 있다. 기존 탄소 생산업체는 탄소 수요에 따라 생산량을 늘리거나 줄이지만, 메탄 열분해에서 생성되는 탄소의 양은 수소 수요에 의해 결정된다. 따라서 시장이 그 순간 탄소를 필요로 하지 않더라도 대량의 탄소가 생산될 수 있다.
또한 수소는 운송 비용이 높기 때문에 소비자 가까이에서 생산하는 것이 유리하다. 이는 수소 수요의 위치가 탄소가 발생하는 위치도, 그 양뿐 아니라, 결정할 수 있다는 의미다. 그러면 시설은 탄소를 저장하고, 처리하고, 특정 용도에 맞게 인증받고, 충분한 수의 고객에게 지속적으로 운송해야 한다. 실제로 수소 시설은 더 이상 단순한 가스 공장이 아니라 탄소 소재 및 물류 서비스 기업이 된다.
상업적 제약과 성공 조건
새로운 탄소 소재는 석유 코크스, 무연탄, 천연 흑연, 합성 흑연뿐 아니라 바이오차와도 경쟁한다. 배터리 산업은 순도, 입자 크기, 구조 및 전기화학적 성능이 정밀한 수준으로 관리된 흑연을 필요로 한다. 아스팔트와 콘크리트는 탄소 첨가제를 사용할 수 있지만, 가정된 생산 규모에 근접한 양의 탄소가 두 소재에서 필수 구성 요소인 것은 아니다.
이 분석은 메탄 열분해가 반드시 나쁜 아이디어라고 보지는 않는다. 적절한 바이오가스 공급원, 안정적인 산업용 수소 수요, 고부가가치 탄소의 인근 소비자가 결합된 특정 사례에서는 성공할 수 있다. 생산자가 합성 흑연, 코크스 또는 배출 집약도가 더 높은 다른 화석 탄소를 대체할 수 있다면 경제성은 높아질 수 있다.
그러나 투자자와 정책 입안자를 위한 실질적인 해석은 탄소 흐름을 수소에 자동으로 따라붙는 수익으로 계산하지 말아야 한다는 것이다. 탄소를 독립적인 시장으로 모델링하고, 등급과 사양, 인증 절차, 기존 소재와의 경쟁, 저장, 운송, 대체 가치 및 시장 포화 가능성을 검토해야 한다. 부산물의 무게가 주제품의 세 배에 달할 때 그 시장은 공정 자체의 경제성에서 중요한 부분이 된다.