세계적으로 에너지 전환 속도가 빨라지고 있다. 기후변화가 국제사회의 심각한 문제로 부상하며 주요 국가와 글로벌 기업들은 ‘RE100’(재생에너지를 100% 사용해 전력을 조달하겠다는 약속)을 선언하고 화석연료 중심의 산업 구조에서 벗어나 탄소중립 사회로의 전환을 가속화하고 있다. 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 재생에너지원의 개발이 확대되는 가운데 수소 자원은 청정에너지 전환 전략의 핵심으로 주목받고 있다.

수소는 생산 방식에 따라 여러 유형으로 구분된다. 가장 일반적인 형태는 천연가스와 수증기의 반응을 통해 생산되는 ‘그레이수소’다. 가장 전통적인 생산 방식으로, 추출 과정에서 이산화탄소가 다량 배출된다.

이러한 문제를 보완한 ‘블루수소’는 수소 생성과 함께 배출된 이산화탄소를 포집해 지하에 저장하는 방식이다. 하지만 여전히 탄소 배출 기반의 시스템에 의존하고 있다는 한계가 있다.

이에 따라 태양광이나 풍력 등 재생에너지로 물을 전기분해해 생산하는 ‘그린수소’나 이산화탄소를 배출하지 않고 생산하는 다양한 형태의 청정수소가 미래 에너지 개발의 주요 방향으로 주목받고 있다.

이러한 측면에서 ‘골드수소’라고도 부르는 천연수소는 이산화탄소를 배출하지 않는 청정수소일 뿐만 아니라 인간의 개입 없이 자연적으로 생성되기 때문에 생산비용 측면에서도 다른 청정수소보다 경쟁력이 있는 것으로 평가된다.

천연수소는 기권, 수권, 생물권 등 지구의 다양한 영역에서 생성될 수 있지만, 기반암이 존재하는 지각과 맨틀 등 지권 내부에서의 지질학적 작용에 의한 수소가 가장 중요하게 여겨진다. 주로 단층대 등에서 나타나는 암석의 파쇄·변형·화학 반응을 통해 생성되며 이 중에서도 암석과 열수의 상호작용, 즉 암석의 ‘열수변질’이 가장 핵심적인 천연수소 생성 방식으로 알려져 있다.

현무암과 같이 감람석, 휘석 등이 풍부한 고철질암 또는 초고철질암, 자철석 등 산화철 광물을 다량 함유한 암석, 나트륨·칼륨 함량이 높은 광물을 함유한 과알칼리암 등이 대표적인 천연수소 생산 암석이다.

이 암석 내 주요 광물이 열수와 반응하면 수소가 발생하는데, 이는 별도의 인위적 공정 없이 지질 환경만으로 작동하는 대표적인 비생물학적 천연수소 생성 메커니즘이다. 이 방식은 ‘지질 환경에 기반한 청정에너지 자원’이라는 점에서 독자적인 가치와 잠재력을 지닌다.

국내에서도 암석 및 광물 특성을 토대로 천연수소의 생성 가능성이 과학적으로 검토되고 있다. 한국지질자원연구원의 연구 결과에 따르면 제주도와 경북 영양 오십봉의 현무암, 경북 안동의 초고철질암이 고온·고압 환경에서 수소를 생성하는 것으로 확인된 바 있다. 또한 산화철 광물이 풍부한 기반암이 분포하는 경기도 포천, 강원도 양양, 충북 충주 등 주요 철광상 지역 역시 천연수소 발생의 잠재력을 지닌다.

다만 천연수소는 생성되기만 해서는 자원이 될 수 없다. 생성된 수소가 이동해 머물 수 있는 퇴적암층과 이를 가두는 덮개암 등 복합적인 지질 구조가 함께 충족돼야 한다. 국내에서는 아직 천연수소 부존에 이상적인 지질 조건이 확인되지는 않았으나 영양소분지, 태백산 분지 남부, 제주도, 울릉도 등 일부 지역에 부존 가능성이 있다. 향후 지하 구조에 대한 정밀 조사를 통해 그 잠재력을 검토할 필요가 있다.

천연수소 탐사는 이제 막 출발선에 섰다. 미국, 프랑스, 호주 등은 천연수소 탐사를 활발히 진행하며 법제도 정비와 민간 투자를 확대하고 있다. 한국도 연구 기반 조성 및 기술 축적을 본격화해야 할 시점이다. 천연수소는 단순한 자원을 넘어, 지구가 선사하는 미래 청정에너지의 실마리다. 기반암에서 시작한 혁신이 한국 수소경제에 새 지평을 열기를 기대한다.

이승환 한국지질자원연구원 선임연구원