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미국 캔자스주 네마하 프로젝트 시추 현장. 하이테라는 이곳에서 최대 96.1% 농도의 천연수소를 확인하고 세계 최초 상업 생산에 도전하고 있다. (HyTerra) [오토헤럴드 김흥식 기자] 석유를 대체할 미래 에너지로 주목받는 수소는 높은 생산 비용과 저장·운송 인프라 구축 부담으로 빠르게 확산하지 못하고 있다. 원유처럼 지하에서 채굴해 정제 과정을 거쳐 쉽게 저장·운송 과정을 거쳐 일반 소비자에게 공급하지 못해서다. 천연가스 개질(SMR)이나 물 전기분해를 통해 생산하는 기존 수소는 제조 과정에서 상당한 에너지를 소비하고 이산화탄소를 비롯한 온실가스를 배출한다는 점에서 '완전한 친환경 연료'로 보기 어렵다는 지적도 받아왔다. 환경 친화적인 생산 방식과 경제적인 저장·운송 기술 확보는 수소 산업이 오랫동안 풀지 못한 숙제로 꼽혀 왔다. 그러나 최근 이러한 한계를 극복할 수 있는 새로운 가능성이 제시되고 있다. 지하 암반에서 자연적으로 생성된 고순도 수소를 직접 채굴하고 이를 고체 상태로 안전하게 저장·운송하는 기술이 현실화 단계에 접어들고 있기 때문이다. 호주 자원개발 기업 하이테라(HyTerra)는 미국 캔자스주 네마하 프로젝트에서 천연수소 상업화 가능성을 시험하고 있다. 시추 과정에서 확인된 수소 농도는 최대 96.1%에 달한다. 지금까지 보고된 천연수소 가운데서도 가장 높은 수준이다. 현재 세계에서 사용되는 대부분의 수소는 생산 과정에서 막대한 에너지를 필요로 한다. 천연가스를 활용한 회색수소는 탄소를 배출하고 물을 전기분해하는 그린수소는 높은 전력 비용이 부담이다. 반면 천연수소는 지하 암반에서 자연적으로 생성된 수소를 직접 채굴하는 방식으로 생산 공정을 획기적으로 단순화할 수 있다. 생산 과정에서 배출하는 막대한 오염 물질을 최소화할 수 있는 것도 물론이다. 프로메테우스 하이드로젠의 고체 수소 저장 시스템 'H-Branch'. 가정용 온수기 크기에 수소를 고체 상태로 저장해 고압 압축이나 액화 설비 없이 장기간 안전하게 보관·운송할 수 있도록 설계됐다. (Prometheus Hydrogen) 하지만 천연수소 역시 저장과 운송이라는 과제를 해결해야 한다. 수소는 분자가 매우 작고 가벼워 고압 압축 또는 액화 과정을 거쳐야 하고 이 과정에서 대규모 설비 투자와 운영 비용이 발생한다. 수소 경제 확산을 가로막는 가장 큰 걸림돌이다. 이 때문에 미국 프로메테우스 하이드로젠(Prometheus Hydrogen)의 고체 수소 저장 기술이 주목을 받아 왔다. 프로메테우스는 수소를 고체 상태로 저장하는 독자 기술을 개발했다. 별도의 냉각 장치나 고압 압축 설비 없이도 장기간 안전하게 저장할 수 있고 3만 회 이상의 충·방전이 가능하다. 30년 이상 보관해도 성능 저하가 거의 없는 것으로 알려졌다. 고체 저장 방식은 수소 산업의 물류 체계를 근본적으로 바꿀 잠재력을 갖고 있다. 지금까지는 생산지와 소비지를 연결하는 전용 파이프라인이나 고압 운송 시스템이 필수였지만 앞으로는 배터리처럼 저장한 수소를 트럭으로 운반하는 방식도 가능해질 수 있다. 수소 에너지의 생산과 저장 방식의 한계를 극복할 수 있는 하이테라와 프로메테우스가 최근 협약을 체결하고 천연수소 생산부터 정제, 저장, 운송, 최종 공급까지 이어지는 완전한 공급망 구축에 나섰다. 목표는 2026년 말 이전에 지하에서 채굴한 수소 공급이다. 성공할 경우 인류 역사상 처음으로 '자연이 만든 수소'가 상업적으로 거래되는 순간이 된다. 업계가 주목하는 이유도 단순히 새로운 연료가 등장해서가 아니다. 두 회사의 프로젝트는 천연수소를 석유와 같은 독립적인 에너지 산업으로 발전할 수 있다는 가능성을 보여주고 있다. 현대자동차 수소전기차 ‘넥쏘’. 수소 생산과 공급 방식을 둘러싼 기술적·경제적 난제가 해결된다면 에너지 대전환의 시대가 빨라질 수 있다. (오토헤럴드 DB) 이들의 도전이 성과를 거둔다면 자동차 산업에도 적지 않은 영향을 미칠 전망이다. 수소 생산과 충전 인프라 부족이라는 구조적 한계에 직면한 수소전기차는 수소 공급 비용을 낮추고 물류 부담을 줄일 수 있게 된다. 이는 수소 모빌리티 보급 확대의 중요한 전환점이 될 수 있다. 물론 넘어야 할 과제도 남아 있다. 캔자스 시추공이 상업성을 확보할 만큼 충분한 생산량을 유지할 수 있는지 아직 검증되지 않았고 고체 수소 저장 기술 역시 대규모 상용 환경에서 경제성을 입증해야 한다. 그럼에도 의미는 분명하다. 지금까지 수소 산업은 생산과 저장, 운송 과정에서 막대한 비용을 감수해야 했다. 그러나 천연수소 채굴과 고체 저장 기술이 결합한다면 수소는 더 이상 비싼 비용을 들여 만들어야 하는 연료가 아니라 석유처럼 채굴해 활용하는 에너지원으로 자리 잡을 수 있다. 석유가 20세기 산업사회를 움직였다면 리튬은 21세기 전기차 시대의 핵심 자원이 됐다. 그리고 지금 미국의 한 농촌 지역에서는 미래 에너지 시장의 판도를 바꿀 또 하나의 자원이 조용히 모습을 드러내고 있다. 공장에서 생산하던 수소를 원유처럼 땅에서 캐내는 시대가 예상보다 빨리 찾아올지도 모른다.

출처: 오토헤럴드
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