"호주 지하에 '천연 수소' 노다지 숨어 있다"

인류를 저탄소 에너지 미래로 빠르게 이끌 천연 수소 자원을 찾기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 수소는 연소 시 부산물로 물만 배출하는 깨끗한 연료지만, 오늘날 생산되는 수소 대부분은 여전히 화석연료를 활용하는 방식으로 만들어진다. 호주 에디스 코완 대학교 연구진은 서호주 전역에 광범위하게 매장된 철광석 지대 지하에서 존재하거나 향후 생성될 수 있는 수소 가스의 양을 추정해 공개했다고 과학매체 사이언스얼랏이 최근 보도했다. 해당 연구 결과는 국제학술지 '국제 수소 에너지 저널(International Journal of Hydrogen Energy)'에 실렸다. 에디스 코완 대학교 화학공학과 알리레자 케샤바르즈 부교수는 "호주는 미개발된 막대한 에너지 자원 위에 앉아 있는 것과 같으며 그 잠재력은 엄청나다"며 "호주가 수 세대 동안 사용할 수 있는 것은 물론, 향후 전 세계로 청정에너지를 수출하는 주요 국가가 되기에 충분한 양의 수소가 매장돼 있을 수 있다"고 설명했다. 고온·고압 지하 환경 재현해 물과 자철석 반응→수소 가스 생성 연구진은 직접 시추 작업을 진행하는 대신 지하 200°C 고온·고압 환경을 실험실에 재현했다. 이후 물과 자철석을 60일 동안 반응시키는 실험을 진행했다. 실험 결과 실제 수소 가스가 생성됐을 뿐만 아니라, 자철석 분말이 덩어리(슬래브) 상태일 때보다 그램(g)당 약 5배나 많은 수소를 만들어낸다는 사실을 밝혀냈다. 이는 암석 표면적이 넓고 균열과 기공이 많은 다공성 암석 지대가 수소 탐사의 최적지임을 시사하는 한편, 인공적으로 수소 생성을 촉진할 수 있는 단서도 제공한다. 연구에 참여한 스테판 이글라우어 에너지공학과 교수는 "수소 생산량은 단순히 자철석의 양뿐만 아니라 암석의 균열과 기공, 투과 통로를 통해 물이 광물 표면에 얼마나 잘 침투할 수 있는지에 달려 있다"며 "이번 연구는 실험실 실험과 실제 지질학적 환경 사이의 격차를 줄이는 데 큰 도움이 된다"고 강조했다. 다만 수소 생성 반응이 일어나는 과정에서 자철석의 대부분이 '적철석(Hematite)'으로 변환되는 현상도 관측됐다. 적철석은 더 큰 규모의 지질 구조에서 일종의 보호층 역할을 해 물이 자철석에 추가로 접근하는 것을 막는 방해 요인이 될 수 있다. 이전의 연구들이 대부분 분말 형태의 자철석만 다루었던 것과 달리, 이번 연구는 실제 현장에서 수집한 덩어리 형태의 암석 시료를 함께 비교 분석하여 지질학적 모델링의 정확도를 대폭 높였다. 연구진은 논문을 통해 "현장 암석 시료의 데이터는 자연 상태에서 물에 노출되는 지질학적 성분과 기하학적 구조를 직접 반영한다"며 "또한 수소 생성 과정에서 발생하는 암석과 물의 상호작용은 암석 표면 특성을 변화시키므로, 향후 가스 지중 저장 시 암석의 구조적 안정성을 평가하는 데도 중요한 의미를 가진다"고 밝혔다. 철광석 매장지에서 천연 수소를 직접 찾고 상업적으로 추출하는 데는 여전히 기술적 과제가 남아 있다. 하지만 이번 연구는 자철석이 방출할 수 있는 수소의 잠재량과 이를 가장 효율적으로 생산하는 메커니즘을 이해하는 데 중요한 전환점이 될 것으로 평가받는다. 이번 연구의 제1저자인 카베 모가니라히미 연구원은 "이 자원을 대규모로 활용할 수 있다면 우리의 에너지 미래에 혁신적인 변화가 일어날 것"이라며 "서호주는 자연 생성 수소를 활용해 위기 상황 시 에너지 자립도를 크게 강화할 수 있을 것"이라고 기대를 나타냈다.