17만년 지속 가능한 청정 에너지원 '열쇠' 찾았다

세계 에너지 전환 경쟁에서 유망한 후보가 등장했습니다. 바로 천연수소입니다. 무색, 무취의 기체로 탄소를 거의 배출하지 않으며 지하에 존재합니다.

최근 옥스퍼드 대학의 크리스 발렌타인 교수가 이끄는 국제 연구팀은 Nature Reviews Earth and Environment 저널에 중요한 진전을 발표했습니다.

그들은 먼저 지질학적 지도와 천연 수소 주머니를 찾기 위한 구체적인 "레시피"를 제시했습니다. 이는 인류가 17만 년 동안 사용할 수 있는 깨끗한 에너지원을 확보하여 미래를 여는 열쇠로 여겨진다.

지질 법칙으로부터의 전환점

오랜 세월에 걸쳐 천연 수소의 발견은 뚜렷한 패턴 없이 산발적으로 이루어졌습니다.

하지만 연구팀은 수백 개의 지질 문서를 종합하여 수소 퇴적물 형성에 결정적인 세 가지 요인을 찾아냈습니다. 수소원의 존재, 저류암층, 가스를 봉하는 암석층입니다.

Tìm thấy chìa khóa cho nguồn năng lượng sạch đủ dùng 170.000 năm - 1 — 지구의 지각에는 수소 가스 주머니가 있는 것으로 추정됩니다(사진: 게티).

수소가 생성되고, 축적되고 수백만 년 동안 지하에 갇히려면 이러한 요소들이 같은 지역에 모여야 합니다.

수소는 자연적인 화학 반응을 통해 생성될 수 있는데, 일반적으로 물이 현무암과 같이 철이 풍부한 암석을 고온에서 통과할 때 생성됩니다.

이러한 반응은 분자 수소를 생성하는데, 이 분자 수소는 연료로 활용될 수 있습니다. 해당 지역에 가스를 가둘 만큼 다공성이 좋은 암석층과 가스가 빠져나가지 못할 만큼 단단한 암석층이 있다면, 자연스럽게 수소 주머니가 형성됩니다. 이는 석유와 가스 형성 원리와 비슷하지만 훨씬 더 깨끗합니다.

연구에 따르면, 고대 해양 지각이 육지로 밀려온 오피올라이트나 광대한 화성암 지방, 고대 녹색암대와 같은 특정 지질 구조는 수소가 매우 풍부할 가능성이 높습니다.

주목할 만한 것은 2024년 알바니아의 오피올라이트에서 거대한 수소 주머니가 발견되었다는 것입니다. 이를 통해 천연 수소가 그렇게 희귀한 것이 아니라, 인간이 깨어나기를 기다리는 "숨겨진" 보물이라는 희망이 생깁니다.

좋은 기회 - 좋은 도전

천연 수소와 산업적으로 생산된 수소의 차이점은 지속 가능성입니다. 현재 산업과 운송에 사용되는 대부분의 수소는 천연가스나 석탄에서 추출되는데, 이 과정에서도 여전히 CO₂가 배출되므로 산업용 수소는 진정한 청정 에너지로 간주되기 어렵습니다.

한편, 지하의 천연가스에서 수소를 추출할 수 있다면 인간은 석탄, 석유, 가스와 무관한, 탄소 배출이 없는 환경 친화적인 연료원에 접근할 수 있습니다.

하지만 천연수소를 찾는 여정은 쉽지 않습니다. 이 가스는 매우 가벼워서 지질 구조가 충분히 단단하지 않으면 쉽게 빠져나갈 수 있습니다. 게다가 일부 지하 박테리아는 인간이 수소에 접근하기 전에 수소를 "먹을" 수도 있습니다.

즉, 수소 생산 조건이 갖춰진 모든 곳이 광산이 될 수 있는 것은 아니라는 뜻이다. 의심스러운 지점을 하나하나 테스트하기 위해 땅 깊숙이 구멍을 뚫는 데는 현대의 석유 및 가스 산업과 마찬가지로 정교한 기술과 대규모 투자가 필요합니다.

하지만 많은 대기업이 그 기회를 추구하고 있습니다. BP, 리오틴토, 억만장자 빌 게이츠의 에너지 투자 펀드인 브레이크스루 에너지와 같은 대기업은 모두 지질 매핑 연구와 천연 수소 채굴 기술에 주력하고 있습니다.

이러한 "대기업"의 지원으로 천연수소의 상용화가 멀지 않은 미래에 실현될 것으로 보입니다.

수천 년 동안의 에너지원?

연구팀이 제시한 17만 년이라는 수치는 추정치가 아니다. 그들은 지구의 암석 지각에서 생산되는 수소의 총량이 그 당시 인류 전체의 에너지 소비량을 충족시키기에 충분할 것으로 계산했습니다.

남아 있는 중요한 질문은 이렇습니다. 그 중 얼마나 활용할 것인가, 그리고 어디서부터 시작할 것인가?