천연 수소 에너지 전환을 위한 새로운 가능성

올해 초, 프랑스 북동부의 로레인 분지에서 메탄을 찾던 자크 피로농 교수는 그의 연구팀이 예상치 못한 발견을 하게 되습니다. 지하 약 3,000m 지점에서 매우 많은 양의 수소가 저장되어 있는 것을 발견한 것입니다. 이번 포스팅에서는 천연 수소의 발견 에너지 전환에 대한 혁신적인 가능성에 대해 설명해볼까 합닌다. 

천연 수소 필수적 연료

로레인 대학의 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)의 연구 책임자인 피로농 교수는 "우리가 우연이라고 부르는 것"이라고 말합니다. 이러한 발견은 요즘 큰 관심을 받고 있는데, 많은 사람들이 수소가 앞으로 몇 년 안에 필수적인 연료가 될 것이라고 생각하기 때문입니다. 수소는 연료로 사용하거나 산업 공정에서 사용할 때 이산화탄소를 배출하지 않기 때문에 세계 경제를 순 제로로 전환하는 열쇠가 될 수 있다고 주장합니다. 하지만 수소의 가장 큰 단점은 현재로서는 대부분의 생산 방식이 전혀 친환경적이지 않다는 것입니다.

탄소 트러스트에 따르면 현재 전 세계 수소 생산량의 1% 미만이 탄소 배출을 하지 않는다고 합니다. 회색 수소는 메탄을 이산화탄소와 수소(H2)로 분해하여 생산되며, 블루 수소는 같은 방식으로 생산되지만 생산된 이산화탄소를 포집하여 저장합니다. 블랙 수소는 석탄을 부분적으로 연소시켜 생산됩니다. 그린 수소는 물을 산소와 수소로 전기분해하여 만들어지지만, 상대적으로 비싸고 공급이 부족합니다. 따라서 배기가스를 배출하지 않는 다른 수소가 있다면 환영받을 것입니다.

천연 수소의 공정 및 저장

천연 수소는 여러 가지 방법으로 생산되지만 주요 공정은 지하수와 감람석과 같은 철분이 풍부한 광물의 상호작용을 포함합니다. 이로 인해 물은 철과 결합하는 산소와 수소로 분리됩니다. 자연 발생 수소가 발견된 것은 이번 프랑스 발견이 처음이 아니며, 말리 서부 부라케부구에 이미 작은 우물이 있으며 미국, 호주, 러시아 및 여러 유럽 국가에도 대규모 매장량이 있는 것으로 추정되고 있습니다. 

피로농 교수는 약 2억 5천만 톤의 수소가 저장되어 있다고 추정하며, 이는 현재 전 세계의 수요를 2년 이상 충족시킬 수 있는 양입니다. 미국 지질조사국(USGS)은 아직 발견되지 않은 수소의 매장량이 수천 또는 수십억 메가톤에 이를 것으로 추정하고 있습니다. USGS의 지질학자인 제프리 엘리스는 모델링된 지질학적 수소의 양에 대해 쉽게 개발될 수 없다는 경고를 하고 있습니다. "이것은 지구 전체적인 모델이며, 대부분은 경제적으로 접근하기 어렵거나 너무 깊거나 먼 바다에 위치해 있기 때문에 실제로 개발이 불가능할 것입니다."라고 그는 말합니다. 하지만 USGS는 접근 가능한 수소의 양이 약 10만 메가톤에 이를 것으로 추정하고 있으며, 이는 수백 년 동안의 공급이 가능한 양입니다.

수소 매장과 에너지원으로서의 가능성

엘리스씨는 수소 수확 기술이 천연 가스와 유사해야 한다고 말합니다. "기술은 이미 존재합니다." 현재 말리의 부라케부구는 상업적으로 백수소 생산을 위한 유일한 시설로, 연간 약 5톤의 수소를 수확하고 있지만, 매장량을 보다 넓게 활용하려는 움직임이 있습니다. 2021년 초 빌 게이츠의 브레이크스루 에너지 벤처스 투자 회사는 미국의 백수소 매장량을 활용하고자 하는 미국 스타트업 콜로마에 91백만 달러(72백만 파운드)를 투자했습니다.

한편, 탐사 회사인 Getech는 모로코, 모잠비크, 남아프리카공화국, 토고에서 잠재적인 매장지를 찾고 있습니다. 주요 관심 지역 중 하나는 사우스 오스트레일리아입니다. 2021년 석유 및 지열법 2000에 따라 탐사가 허용되는 규제 물질 목록에 수소를 추가하여 탐사를 위한 길을 열었습니다. 딜로이트 오스트레일리아의 기후 및 지속가능성 파트너인 수렌 투라라자(Suren Thurairajah)는 "2021년 2월 이후 6개 기업이 18건의 금 수소 탐사 라이선스를 신청해 허가를 받았습니다."라고 말합니다. "허가된 면적은 57만 평방킬로미터로, 이는 남호주 면적의 32%에 해당합니다." 가장 최근에는 골드 하이드로젠이라는 회사가 남호주에서 대규모 천연 수소를 발견했다고 발표했는데, 내년이나 내후년에 생산할 수 있기를 희망하고 있습니다. 아직까지는 주요 에너지 업체들이 주저하고 있습니다.

수소 프로젝트 및 앞으로의 문제점

"대형 석유 회사들은 큰 관심을 갖고 있지만, 현재로서는 관망하며 약간 관망하는 태도를 취하고 있습니다. 그들은 스타트업이 위험을 감수하도록 내버려두고 있습니다. 현재로서는 매우 위험한 모험입니다."라고 엘리스 씨는 말합니다. "일부 유정에서 생산 데이터가 나오면 주요 석유 및 가스 회사들이 이 분야로 진출하는 것을 확실히 보게 될 것입니다." 한 가지 문제는 현재 미국 내 수소 시장이 부족하여 탐사에 대한 인센티브가 줄어든다는 점이라고 그는 말합니다.

업계 단체인 수소위원회에 따르면 유럽은 수소 프로젝트 제안의 글로벌 리더로서 전 세계 투자의 35%를 차지하고 있으며, 라틴아메리카와 북미는 각각 약 15%의 투자 비중을 차지하고 있습니다. "공급이 이루어지기 전까지는 시장이 실제로 발전하지 않고, 공급이 이루어지기 전까지는 시장이 실제로 발전하지 않는 일종의 닭과 달걀 문제가 있습니다."라고 엘리스 씨는 말합니다. 하지만 그는 이렇게 덧붙입니다: "우리가 얼마나 많은 노력을 기울이느냐에 따라 달라질 수 있다고 생각합니다. 우리가 정말 이 문제를 빨리 해결해야 한다고 판단한다면 충분히 해낼 수 있다고 생각합니다." 여기 까지 천연 수소의 에너지 전환을 위한 새로운 국면 가능성에 대해 자세히 알아봤습니다.