지구의 지각에 자연적으로 형성된 수소가 인류의 에너지원으로 17만년 동안 지속될 수 있다는 연구 결과가 나왔다.
암석과 물의 화학 반응, 방사선 분해 등의 과정이 자연 수소를 생성하는 주요 메커니즘이고, 특정 지질학적 환경에서 수소가 축적될 수 있다는 것이다.
천연 수소가 실제로 경제적으로 채굴 가능한지에 대한 연구가 더 필요한 상태이지만 연구진은 수소가 형성되고 축적되는 지질학적 조건을 분석, 탐사 전략까지 제시했다.
기존 화석연료 기반 수소 생산 방식 대신 더 깨끗한 대안을 제공할 수 있다는 점에서 주목된다.
사이언티픽 어메리칸, SciTechDaily 등에 따르면 옥스퍼드 대학, 더럼 대학, 토론토 대학의 과학자들은 지구 표면 아래 지각에서 깨끗한 수소를 찾는 데 필요한 주요 지질학적 성분을 확인했다.
이 천연 수소는 지구에서 수백만 년에 걸쳐 생성돼 지하의 `적절한' 암석층에 축적될 수 있는데, 연구자들은 세계 여러 곳을 수소를 가두기 위한 조건을 갖춘 지역으로 제시했다.
수소는 이미 1350억 달러 규모의 글로벌 산업으로 커졌고, 현대생활을 지원하는 비료 및 기타 필수 화학물질을 생산하는 데 사용된다. 미래 청정에너지로 각광받고 있는 가운데 관련 시장은 2050년까지 1조 달러까지 성장할 것으로 예상된다.
새로운 연구는 산업계가 천연수소가 매장된 곳을 발견하고 활용하는 데 도움이 될 수 있다는 점에서 주목된다.
이 연구 결과는 5월 13일 네이처 리뷰(Nature Reviews Earth & Environment)에 발표됐다.
필수재가 된 수소
수소는 탄소중립적인 미래를 위한 대부분의 계획의 중심에 있다.
수요는 2022년 9000만 미터톤에서 2050년 약 5억 4000만 미터톤으로 급증할 것으로 예상된다. 세상에 이산화탄소를 더 보태지 않고 수소를 생산할 수 있는 방법을 찾는 것이 중요한 이유다.
옥스퍼드 대학, 더럼 대학, 토론토 대학의 연구팀은 그동안 간과돼 왔던 해답, 즉 지구의 지각에서 답을 찾아나섰다.
지난 10억 년 동안 지각은 약 17만년 동안 인간의 에너지 수요를 충족하기에 충분한 수소를 생성했고, 그 가스의 대부분은 손대지 않고 배출되지 않은 채 지하에 잠겨 있다는 것이다.
새로운 연구는 수소가 형성되고, 이동하고, 우리가 도달할 수 있는 저장고에 갇히게 하는 암석 유형, 온도, 유체 및 지질학적 역사와 같은 명확한 `탐사 레시피'를 간략하게 제시한다.
이러한 청사진을 바탕으로 산업계는 전 세계적으로 청정수소 저류지를 찾기 시작할 수 있으며, 이에 성공한다면 당연히 게임체인저로 작동할 것이다.
이 연구는 다양한 '수소 시스템'들을 찾기 위한 탐사 전략을 세우는데 필요한 핵심 요소를 간략하게 설명한다. 여기에는 얼마나 △많은 수소가 생성됐는지, △수소가 생기는 암석 유형 및 조건, △수소가 이러한 암석에서 밑로 이동하는 방법, △가스전이 형성될 수 있는 조건, △수소를 파괴하는 조건 등이 포함된다.
탐험 레시피
저자들은 지각 내의 다양한 지질학적 환경에서 수소 저장고의 완벽한 조건을 찾을 수 있다고 제안한다. 이들 중 일부는 지질학적으로 매우 젊어서 '최근에'(수백만 년에서 수천만 년) 수소를 형성할 수 있었고, 다른 일부는 정말 오래된(수억 년 전) 것일 수 있는 것으로 나타났다.
주 저자인 크리스 발렌타인 교수(옥스퍼드대학교 지구과학과)는 "축적된 수소를 찾기 위해 여러 조건들을 결합하는 것은 수플레를 요리하는 것에 비유될 수 있다"며 "재료, 양, 타이밍 또는 온도 중 하나라도 잘못 입력하면 실망하게 될 것"이라고 SciTechToday에 말했다.
그는 "반복 가능한 성공적인 탐사 레시피 하나를 통해 에너지 전환에 크게 기여할 수 있는 상업적으로 경쟁력 있는 저탄소 수소 공급원을 확보할 수 있으며, 우리는 이러한 성분을 결합하고 레시피를 찾을 수 있는 올바른 경험을 가지고 있다"고 주장했다.
참고문헌: "Natural hydrogen resource accumulation in the continental crust," by Chris J. Ballentine, Rūta Karolytė, Anran Cheng, Barbara Sherwood Lollar, Jon G. Gluyas and Michael C. Daly, 2025년 5월 13일, Nature Reviews Earth & Environment.
DOI: 10.1038/s43017-025-00670-1
이현주기자