150년 전 예언이 현실로…빌 게이츠도 베팅 했다

※[김리안의 에네르기파WAR]는 에너지 분야 소식을 국가안보적 측면과 기후위기 관점에서 다룹니다.

프랑스의 공상과학(SF) 선구자인 쥘 베른의 1874년 소설 '신비의 섬'에는 절대 소진될 일이 없는 무한한 에너지에 관한 이야기가 나온다. "나는 언젠가 물이 연료로 쓰일 날이 오리라고 믿는다네. (…) 물을 이루고 있는 수소와 산소는 따로, 또 같이 작용하며 석탄이 따라가지 못할 정도로 무궁무진한 열과 빛을 내게 될 것일세"라는 대목이다.

'수소야말로 미래의 석탄'이라는 이 예언은 150여년만에 현실화를 앞두고 있다. 땅속에서 캐낼 수 있는 천연수소에 관한 관심이 치솟으면서다. 천연수소란 지구 내에서 자연적으로 생성되는 수소로, 지질학적 수소 또는 금수소로 불리기도 한다. 세계 각국의 탄소중립(넷제로) 추진에 따라 새로운 에너지원인 천연수소를 향한 골드러시가 시작되고 있다는 분석이 나온다.

무한한 꿈의 에너지 자원 캐러 간다…전 세계 집중

18일(현지시간) 미국 콜로라도주에서 열린 미국과학진흥협회(AAAS) 연례 회의에서 프로젝트 리더인 제프리 엘리스 박사는 "전 세계 지하 저류층에 5조t에 달하는 천연수소가 매장돼 있다"는 미 지질조사국의 미공개 연구를 공개했다. 그는 "대부분의 수소는 접근이 불가능할 가능성이 높지만, 추정량의 몇 퍼센트만 회수해도 수백 년 동안 예상되는 모든 수요(연간 5억t)를 충당할 수 있다"고 주장했다.

최근 몇년 새 산업계에서는 블루수소(증기 개질을 통해 천연가스에서 수소를 추출하고 이 과정에서 발생하는 탄소는 포집저장한 수소), 청록수소(천연가스를 열분해해 고체 탄소와 분리된 수소), 핑크수소(원자력발전으로 전기분해한 수소), 그린수소(태양광·풍력 발전으로 전기분해한 수소) 등 다양한 수소가 개발됐다. 수소 기업 TES-H2의 마르코 알베라 대표는 저서 '수소 자원 혁명'에서 "여러 산업계의 기득권자들은 기존 사업의 수명을 연장하거나 자신들의 제품에 가치를 더하기 위해 다양한 색상의 수소들을 고안해내고, 저마다 우위를 주장하고 있다"고 했다.

이렇게 만들어지는 수소들은 추가 제조 공정을 통해 얻을 수 있는 2차 에너지원이라는 약점을 안고 있다. 그러나 앞으로 천연수소 개발이 본격화되면 수소의 지위는 석유, 석탄과 같이 땅에서 채굴해 쓸 수 있는 1차 에너지원(원자재)으로 격상될 수 있을 것이란 전망이다. 콜로라도 광업대학의 멩리 장 교수는 또한 "천연수소를 활용하는 것이 블루수소나 그린수소보다 더 깨끗할 뿐만 아니라 저렴할 것"이라며 "천연수소에 대한 골드러시가 다가오고 있다"고 말했다.

이전까지 과학계에서는 순수한 천연수소는 지구 표면 근처에 존재할 가능성이 거의 없는 것으로 여겨졌다. 지하 미생물에 의해 소비되거나 지구 화학적 과정에서 파괴된다고 봤기 때문이다. 그러나 2010년대 이후 지질학자들은 철이 풍부한 특정 광물(감람석·사진)이 물과 반응 할 때 수소가 대량으로 생성돼 지하 저류층에 저장되는 것으로 파악하기 시작했다. 천연수소 매장지는 석유나 천연가스전과는 다른 지질학적 조건으로 탐사해야 한다는 분석이다.

담뱃불이 발견한 천연수소…빌 게이츠도 베팅

미국석유지질학회는 2022년 처음으로 천연수소위원회를 구성해 전 세계 천연수소 가스전 탐사를 지원하고 있다. 현재까지 미국, 유럽 피레네산맥, 브라질, 나미비아, 말리 등에서 천연수소 매장지가 확인됐다. 가장 최근에 발견된 곳은 알바니아의 불키제 크로마이트 광산이다. 지질학자들은 이곳에서 연간 200t이상의 수소가 흘러나오고 있다고 보고했다.

천연수소 개발 붐은 투자자들의 관심도 불러일으켰다. 빌 게이츠가 설립한 벤처캐피털(VC) 브레이크스루에너지는 작년 7월 천연수소 시추기업 콜로마에 9100만달러를 투자했다. 호주의 광산업체 하이테라는 수소 가스전 개발 프로젝트를 추진하기 위해 100만달러를 투자받았다. 2030년까지 천연수소 투자 규모는 1840억달러에 달할 것으로 추산된다.

콜로마의 폴 하라카 최고사업책임자는 "천연수소는 탄소 발자국이 적은 저탄소 자원일 뿐만 아니라 토지 발자국, 물 발자국도 적게 남기는 자원"이라며 "천연수소 개발은 에너지 소비가 적은 방식으로 친환경 수소를 생산할 수 있는 특별한 기회"라고 말했다. 천연수소의 생산단가는 ㎏당 평균 50센트에 불과한 것으로 추산된다. 생산단가가 ㎏당 최대 11.8달러에 달하는 그린수소에 비해 압도적인 가격 경쟁력을 자랑한다.

상용화 시점은 향후 몇 년 내로 전망된다. 2019년 네브래스카주에서 미국 최초로 천연수소 시추공을 뚫었던 내추럴하이드로젠에너지는 "상업적 생산까지 몇 년이 걸릴 것"이라고 말했다. 미국 예일대 환경대학원이 발간하는 예일환경360에 따르면 말리 수도 바마코 북쪽의 부라케부구 마을이 현재까지 유일하게 천연수소로 발전된 전기를 사용하는 곳이다. 이곳의 천연수소 가스전은 1987년 우물을 파던 엔지니어의 담뱃불이 작은 폭발을 일으키며 전 세계 최초로 발견됐다.

이후 말리 출신 사업가가 세운 캐나다 기업 하이드로마가 2012년부터 이곳에서 순도 98%의 수소를 채굴해 마을 주민들에게 전기를 공급해오고 있다. 엘리스 박사는 "부라케부구 가스정은 1859년 에드윈 드레이크가 펜실베이니아주 타이터스빌에서 시추공을 뚫는 방식으로 사상 처음 석유를 뽑아낸 뒤 석유산업을 탄생시킨 것에 버금가는 수소러시를 일으켰다고 봐야 한다"고 설명했다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 전 세계 수소 수요는 2023년 연 9700만t에서 2030년이면 연 1억3000만t 내외로 증가할 전망이다.

김리안 기자 knra@hankyung.com