▲김진 인하대학교 에너지자원공학과 교수가 2일 인천광역시(인천테크노파크) 주최, 한국가스기술공사,·한국남동발전·한국석유공사·H2KOREA·인하대·에너지경제신문 주관으로 인천 '홀리데이인인천송도' 호텔에서 열린 '2024 인천미래에너지포럼'에 참석, '탄소중립과 지중수소 생산 및 저장'을 주제로 발표하고 있다. 사진= 송기우 기자
“수소 시장은 2030년까지 400조원 이상으로 확대될 전망입니다. 우리가 원천기술을 확보하면 100조원 이상의 시장점유율을 가져갈 수 있습니다."
김진 인하대학교 에너지자원공학과 교수는 12일 인천 '홀리데이인인천송도' 호텔에서 열린 '2024 인천 미래에너지 포럼'에너 '탄소중립과 지중수소 생산 및 저장'을 주제로 한 발표에서 이같이 강조했다.
김 교수는 “에너지전환은 경제적 위험요인이 아닌 기회다. 특히 2050년 탄소제로 달성까지 194조원 달러(약 26경원)의 시장이 열릴 것"이라며 “재생에너지 등 무탄소에너지 시장은 계속해 확대될 것으로 전망된다"고 말했다.
김 교수는 “우리나라 기후변화 대응지수는 조사대상 59개국 중 56위"라며 “발전부문이 제일 큰 문제이며 이로 인해 11차 전력수급기본계획에서는 신재생에너지 발전 비중을 2023년 8.4%에서 2030년에는 21.6%까지 늘리기로 했다"고 말했다.
다만 김 교수는 “재생에너지를 활용한 무탄소에너지는 낮은 전기 저장 효율로 이를 저장, 운송할 수소 사용 확대가 필수"라며 “저장 효율이 높은 신개념 수소 생산 원천 기술 개발이 시급하다"고 주장했다.
김 교수는 이같은 기술의 일환으로 지중수소(천연수소)인 화이트수소, 오렌지수소 등을 활용하면 수소생산과 탄소광물화과 동시에 가능하다고 제시했다.
천연수소는 지구 지각 내에서 자연적으로 생성되는 수소로, 100년 이상 지질학 문헌에서 논의됐지만 실체가 확인되지 않아 생성, 이동, 분리 또는 지표면 아래에서의 축적에 대해 알려진 바가 거의 없다.
김 교수는 “오렌지 수소는 특정 지질적 조건에서 철과 물의 상호 작용을 통해 생성되는 독특한 수소"라며 “적절한 지질 형성에 물(CO2 함유 가능)을 주입해 수소가 생성되고 이산화탄소가 효과적으로 격리돼 에너지 생산과 환경 관리 간의 놀라운 시너지 효과를 보여준다"고 설명했다. 이어 “오렌지 수소 개발에 필요한 인프라는 기존 기술, 지식 기반과 연계돼 실현 가능하고 적응 가능한 솔루션"이라고 말했다.
김 교수는 “화이트 수소는 땅 속에 매장되어 있는 수소를 그대로 사용할 수 있고, 탄소가 전혀 없는 궁극의 친환경 에너지원"이라며 “특히 석유와 가스를 시추·생산할 때 사용하는 장비와 방법을 활용하면 저렴하게 공급도 가능하다. 그동안 천연 수소의 실체가 확인되지 않았으나 최근 프랑스, 미국, 러시아, 호주 등지에서 수소 매장 층이 대거 발견되면서 우리나라를 비롯한 전 세계의 기업들이 적극적으로 채굴에 나서고 있다"고 설명했다.
그는 “감람석은 열수에 의해 사문석화 되면서 사문석, 브루사이트 (brucite)와 자철석 (magnetite)을 형성하고 이 과정에서 수소가 생산된다"며 “이때 열수 내에 다량의 이산화탄소가 존재한다면 마그네사이트(magnesite)가 함께 형성된다. 휘석은 열수에 의해 사문석화 되면서 사문석, 자철석, 석영(quartz)이 형성되고 이 과정에서 수소가 생산된다"고 말했다.
이어 “주입될 물 내에 다량의 이산화탄소가 존재한다면 이것은 수소 대신 CH4 을 형성할 가능성이 있다"며 “수소 생산과 이산화탄소 주입의 시간차 필요하고 물이 들어가기 용이한 단층이나 절리로 형성돼야 한다"고 밝혔다.
김 교수는 “매장량과 생산량은 정확하게 측정하기 어려우나 생산량은 매년 생산하는 9000만 톤보다 더 많을 것으로 추정된다"며 “매장량의 경우 원유의 매장량과 경제성을 조사할 때 사용하는 시스템을 통해 추정하면 매장된 천연수소의 10%만이 경제성이 있을 것으로 보이며 그 양이 약 1조 톤에 이를 것으로 추정된다"고 말했다. 이어 “무엇보다 천연수소는 다양한 지질학적 반응을 통해 생성되기 때문에 탄소가 전혀 없는 궁극의 친환경 에너지원인 데다 석유와 가스를 시추·생산할 때 사용하는 장비와 방법을 활용하면 저렴하게 공급할 수 있다"고 강조했다.
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