[기고] 땅 밑의 숱한 수소 자원… ‘수소 광산’ 개발로 청정에너지를

챗GPT, 전기차, 코인, AI시대를 맞아 전력에너지 수요가 점점 증대하고 있다. 세계 각국은 탄소중립 저탄소 저비용 친환경 에너지 생산과 에너지 저장 기술 개발 및 원료자원 탐사에 경쟁적으로 나서고 있다. 최근 K-수소경제도시 건설, 수소전기차 상용화, 수소발전소 건설 등 미래 수소 청정 에너지 산업이 부각되고 있다. 국내에서 H 기업이 이미 수소만의 연료로 전기를 생산하는 1MW(메가와트) 규모 수소 엔진 발전기 가동을 상용화하고 있다. 또한 현재 국내에 수소가스의 액화공장 시설 건설이 한창이다. 그러나 정작 원료 수소의 안정적 확보와 공급은 아직 시작 단계로 미래가 불확실하다. 현재 화석연료의 메탄과 수증기 간 화학반응에서 만들어진 그레이 수소(gray hydrogen)와 정유공장에서의 부수적인 생산과 수입에만 의존하고 있다. 원료 수소 확보가 관건이다.

원료 수소 공급원은 주로 물의 전기분해, 정유공장 또는 천연가스 생산정, 지구 내부에 부존하는 청정 수소가 있다. 가장 일반적인 수소자원은 물의 전기분해에서 얻은 녹색 수소(Green hydrogen)이다. 2020년 세계에서 1550억달러에 상당하는 8700만톤의 수소를 생산하였다. 2023년에서 2030년까지 매년 9.3%씩 생산 증가가 예상된다. 미국은 애리조나주 버크아이 지역에 연간 1만1000톤 수소생산 공장을 기공하였다. 우리나라도 물 전기분해에서 수소 생산을 상용화하는 개발사업도 진행하고 있다. 그러나 물 전기분해에서 수소를 생산하는 에너지 효율성은 70~80% 정도다. 즉 수소 생산을 위한 전기 에너지비용이 생산된 수소 에너지 비용보다 많다.

화석연료 중에 포함된 메탄과 수증기의 반응에서 수소가스가 다량 만들어진다. 보통 온실가스보다 천연가스에 1kg당 CO2가 약 25배에서 35배 더 많다. 순수한 수소를 얻기 위해 석유나 천연가스 중의 CO2를 분리 제거해야 한다. CO2 제거를 위해 기술 개발이 진행 중이다. 이 CO2 제거 비용 절감만 이루어진다면 수소가스 에너지가 게임 체인저(game changer)로 탈바꿈할 수도 있다. 하지만 높은 비용이 문제로 남아있다.

이 때문에 지하에서 만들어진 청정 수소가스자원 수소(H2) 광산 탐사 개발로 수소 원료자원 확보가 절실히 필요하다. 수소 광산이란 아직 귀에 익지 않은 새로운 용어다. 지구환경에서 땅속에 매장된 순수 수소가스 자원을 탐사 개발, 생산하는 신자원산업이다.

지구 내부에는 여러 형태로 청정 수소가스 자원이 부존하고 있다. 주로 기반암(基盤岩) 암석에 포함되어 있는 우라늄(U), 토륨(Th)과 같은 방사성원소 붕괴 시 방사선이 물분자를 분해시켜 수소가스가 만들어져 오래된 기반암반 주변에 저장돼 있다. 또 알바니아 ‘불키저 크롬(Bulqize Chromite)’ 광산에서처럼 감람석과 같은 철 함유량이 많은 광물이 고온에서 물과 반응하여 수소가스가 만들어져 지층에 저장된다. 핵이나 맨틀에서 기원 수소를 포함 지구 내부에 여러 형태로 매장된 이들 가스 자원을 탐사 개발하는 수소 광산이 미래 청정 에너지산업의 중심 열쇠다. 국내외 수소 광산 탐사 개발로 미래 청정에너지 원료자원을 확보하자.

김규한 이화여대 명예교수·前 한국지질자원연구원장