지구에서 얻는 수소: 우리 발밑에 숨겨진 청정 연료를 찾기 위한 경쟁.

우연한 폭발부터 지층학 열풍까지.

수소는 우주에서 가장 풍부한 원소이며, 지구 내부에서 철이 풍부한 광물이 물과 반응할 때 자연적으로 생성되는데, 이 과정을 사문암화라고 합니다.

수십 년 동안 대부분의 지질학자들은 수소가 이런 방식으로 생성된다 하더라도, 그 작은 분자들이 암석의 균열을 통해 빠르게 빠져나가기 때문에 활용 가능한 매장량으로 축적되는 것은 불가능하다고 믿었습니다.

그러한 인식은 1987년 말리에서 우물을 파던 인부들이 천연 수소 가스층을 발견하면서 바뀌기 시작했습니다. 폭발은 근처에 서 있던 사람의 입에서 담배를 날려버릴 정도로 강력했습니다. 우연히 발견된 이 우물은 나중에 마을 전체에 전기를 공급하는 데 활용되었습니다.

그 후로 상황은 점차 명확해졌습니다. 2020년대 초, 과학자들은 지하 지질학적 수소 매장량이 수백 년 동안 세계 에너지 수요를 충족할 수 있을 것이라는 연구 결과를 발표하기 시작했습니다.

캐나다에 있는 베마 하이드로젠(Vema Hydrogen)이 운영하는 수소 탐사 시추 현장. 사진: 베마 하이드로젠.

2025년 1월, 미국 지질조사국(USGS)은 미국 대륙 전체를 포괄하는 최초의 지질학적 수소 탐사 지도를 발표했는데, 이는 이론에서 현장으로의 전환을 알리는 중요한 이정표였다.

이 지도는 회수 가능한 매장량을 확정하는 것은 아니지만, 기업들이 탐사 시추 계획을 수립하는 데 있어 최초의 체계적인 과학적 근거를 제공합니다. 가장 유망한 지역으로는 미국 본토 중부와 캘리포니아 중부 해안이 있습니다.

불과 몇 주 전인 2026년 5월, 토론토 대학교 과학자들은 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 캐나다 지하 깊숙한 곳에 있는 고대 암석층에서 자연적으로 수소가 방출되고 있다는 연구 결과를 발표했습니다. 이는 지구에 아직 개발되지 않은 막대한 양의 청정에너지가 존재할 가능성을 시사하는 새로운 증거입니다.

수소 농도가 가장 높은 지역은 온타리오주 북부, 퀘벡주, 누나부트 준주, 그리고 노스웨스트 준주로, 캐나다의 니켈, 구리, 다이아몬드 매장량이 풍부한 지역과 일치합니다.

두 갈래 길, 하나의 목적지

기업들은 이 문제에 대해 두 가지 병행적인 전략으로 접근하고 있습니다.

첫 번째 전략은 석유 및 가스 탐사와 유사하게 지하에 이미 존재하는 수소 매장지를 찾는 것입니다. 현재 이 분야에서 가장 앞서 나가고 투자 규모가 가장 큰 회사는 콜로라도주 덴버에 본사를 둔 콜로마(Koloma)입니다.

2021년에 설립되어 아마존, 유나이티드 항공, 빌 게이츠의 브레이크스루 에너지 벤처스를 포함한 투자자들로부터 4억 달러 이상의 자금을 유치한 콜로마는 아이오와주에서 3개의 탐사 시추공을 완료했으며, 웹스터 카운티의 빈센트 돔 지역에 집중하여 4번째 시추공을 굴착하고 있습니다. 이 지역은 미국 지질조사국(USGS)이 1970년대와 1980년대에 높은 수소 농도를 기록한 곳입니다. 또한, 콜로마는 아이다호주 캐니언 카운티의 노투스 마을 인근에 있는 철분이 풍부한 현무암 지층을 목표로 첫 번째 시험 시추공을 설치하고 있습니다.

호주 기업 하이테라는 캔자스와 네브래스카에서 수소와 헬륨을 동시에 탐사하고 있습니다. 하지만 지질학적 현실은 언제나 모델보다 훨씬 복잡합니다. 기업들은 초기에 유정에서 수소를 발견하지만, 상업적 추출에 필요한 만큼 충분한 유량이 나오는지 평가하는 데는 더 많은 시간이 필요합니다. 이는 석유 탐사 초기 시절에 겪었던 익숙한 문제입니다. 샘물을 찾기 전에 수많은 유정을 뚫어야 했던 것이죠.

두 번째이자 더욱 대담한 전략은 자연적으로 수소가 생성되기를 기다리지 않고 지하에서 수소 생성 과정을 적극적으로 촉진하는 것입니다. 캐나다 퀘벡에 있는 스타트업 기업인 베마 수소(Vema Hydrogen)가 바로 이러한 접근 방식을 취하고 있습니다.

한때 건강 문제로 광산이 폐쇄되기 전까지 세계 "석면의 중심지"였던 테트포드 광산에서, 베마(Vema)는 4억 년 전에 형성된 오피올라이트 지층에 각각 300미터가 넘는 깊이의 시험 시추공 두 개를 뚫었습니다. 목표는 처리된 물을 철분이 풍부한 암석층에 주입하여 사문암화 과정을 가속화함으로써 배출물 없이 인공적으로 수소를 생산하는 것이었습니다.

베마(Vema)의 CEO인 피에르 레빈은 이 과정을 수년간의 실험실 실험을 통해 다듬어진 "비밀 공식"에 비유합니다. 온도, 압력, 촉매, 그리고 각 암석 유형의 특성을 정확하게 조합하는 것이 핵심입니다. 베마는 2028년에 대규모 생산을 시작하여 화석 연료로 생산하는 수소보다 비용을 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다.

큰 잠재력이 있지만, 상당한 어려움도 존재합니다.

벤처 캐피털이 위험에도 불구하고 지구 내부에서 수소를 찾는 데 가장 큰 매력을 느끼는 이유는 바로 혁명적인 가격 경쟁력 때문입니다. 미국 에너지부의 계산에 따르면 지열 수소는 1kg당 1달러 미만으로 생산될 수 있는데, 이는 천연가스에서 추출한 수소보다 저렴하고 현재 재생 에너지원에서 생산되는 "친환경" 수소 비용의 6분의 1에 불과합니다.

하지만 큰 잠재력이 곧 순탄한 길을 의미하는 것은 아닙니다. 독립 전문가들은 수많은 기술적 위험 요소를 지적합니다. 예를 들어, 수소가 채취되기 전에 암석의 균열을 통해 누출될 수 있고, 지하에 서식하는 미생물이 수소를 퍼 올리기 직전에 소비할 수 있으며, 암석에 물을 주입하면 지층이 팽창하여 지표 변형이나 소규모 지진을 유발할 수도 있습니다. 천연 매장지 탐사 방식의 가장 큰 어려움은 시추 외에는 지하에 무엇이 있는지 확실히 알 수 없다는 점인데, 시추는 종종 비용이 많이 들고 실패할 가능성도 있습니다.

또 다른, 더욱 근본적인 장벽은 가장 중요한 지질학적 데이터의 상당 부분이 이를 비밀로 유지하려는 민간 기업의 손에 있다는 점이며, 이는 전체적인 탐사 과정을 늦출 수 있습니다. 미국 지질조사국(USGS)의 지구화학자 제프리 엘리스는 진전을 가속화하려면 관련 당사자들이 데이터를 공유해야 한다고 단호하게 말했습니다. 그렇지 않으면 현재 속도대로라면 이 에너지원의 진정한 잠재력을 평가하는 데 수십 년이 걸릴 것입니다.

미국 내 모든 정부 기관들이 이 문제의 중요성을 인식하기 시작했습니다. 미시간 주지사는 정부 기관에 지열수소 연구를 지시하고 개발 저해 요인을 파악하도록 했습니다. 미 공군은 기지 에너지원으로 지열수소를 활용하는 방안을 검토하고 있습니다. 그러나 다른 청정 수소 생산 분야에 수십억 달러가 지원된 것과 달리, 지열수소 산업은 아직까지 연방 정부의 상당한 자금 지원을 받지 못하고 있습니다.

문제는 단순히 수소 추출에만 그치지 않습니다. 수소는 운송과 저장이 매우 어렵기 때문에 지질학적 수소 매장지는 가능한 한 원산지에 가까운 곳에서 소비해야 합니다. 현재 여러 가지 방안이 검토되고 있는데, 그중에는 수소를 액체 메탄올로 전환하여 선박에 공급하는 방안(배출량 감축에 대한 압력이 매우 크지만 배터리로 운항할 수 없는 운송 산업 분야)이나, 항공 분야의 지속 가능한 연료 생산, 또는 지역 제철소, 비료 공장, 데이터 센터에 공급하는 방안 등이 있습니다.

피에르 레빈에 따르면, 가장 야심찬 시나리오는 지열수소를 이용하여 산업 및 난방 용도로 천연가스를 완전히 대체할 수 있는 인공 메탄을 합성하는 것입니다. 이는 연간 수천만 톤 규모의 대체가 가능할 것입니다. 아직은 먼 미래의 이야기이지만, 퀘벡, 아이오와, 캔자스, 아이다호, 오리건 등지에서 진행 중인 지하 실험을 통해 매일같이 긍정적인 결과가 나오고 있습니다.

세계 최대의 오피올라이트가 있는 오만에서 수소 공학을 연구하고 있는 콜로라도 볼더 대학교 지구화학 교수 알렉시스 템플턴은 다음과 같이 요약합니다. "2년 전만 해도 이 모든 것은 매우 이론적인 것이었습니다. 오늘날의 질문은 지하에서 수소를 생산하는 것이 가능한지 여부가 아니라, 시장에서 경쟁력을 갖출 만큼 낮은 비용으로 생산할 수 있는지 여부입니다."

그것이 바로 광업계 종사자들이 모두 답을 찾기 위해 경쟁하는 질문입니다.