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- 알바니아의 불키제Bulqizë 크롬 광산에서 가스 측정 수행
- 광산의 더 깊은 곳, 특히 500~1,000미터 깊이에서 강렬한 가스 배출 관찰
- 빠져나가는 가스는 84%의 수소, 추가로 13.2%는 천연가스, 약 2.7%의 질소로 구성
- 매년 최소 200톤의 수소가 광산에서 방출

거대 수소 저장소 발견
알바니아 광산의 가스 배출은 지하에 대규모 H2 매장지가 있음을 나타낸다.

심해의 원료:
알바니아의 광산 아래에 거대한 수소 저장소가 있을 수 있다. 이는 지하에 더 큰 H2 매장지가 있다는 최초의 증거가 될 것이다. 이는 강력한 수소 가스 방출로 나타난다. 선별된 측정 지점에서만 매년 약 200톤의 가스가 광산에서 빠져나간다. 그 근원은 아마도 깊은 오피올라이트(Ophiolite) 암석일 것이다. 연구자들이 "Science"에서 보고한 것처럼 전 세계적으로 발생하는 암석이다. 이는 다른 곳에서도 수소 매장량이 많다는 것을 의미할 수 있다. 

▲ 깊은 곳으로 가는 길: 연구팀은 알바니아의 Bulqizee 광산에서 수소 배출을 조사했다. © F-V. Donzé

수소는 미래 에너지원으로 꼽힌다. 그러나 지금까지 H2 가스는 화학적으로 생산되어야 했다. 예를 들어 물의 전기분해나 메탄 환원을 통해서다. 따라서 수소 생산은 복잡하고 비용이 많이 든다. 지금까지 수소는 대규모 지하 저장소를 형성하지 않기 때문에 이에 대한 대안이 없었다. 이 가스는 지각에 대량으로 축적되기에는 너무 휘발성이 높고 쉽게 생분해되는 것으로 생각됐다.

크롬 광산 깊은 곳의 가스 배출

그러나 이제 연구자들은 모든 것을 바꿀 수 있는 발견을 했다. 그르노블 알프스 대학의 Laurent Truche 팀은 처음으로 대규모 지하 수소 저장소의 증거를 발견했다. 연구를 위해 그들은 티라나에서 북동쪽으로 약 40km 떨어진 알바니아의 Bulqizë 크롬 광산에서 가스 측정을 수행했다. 이 광산에서는 이미 가장 낮은 터널에서 가연성 가스가 여러 차례 감지되었으며, 가스 폭발도 여러 차례 발생했다.

Truche와 그의 팀은 광산의 공기와 여러 누수를 조사했을 때 수소 수준이 상당히 높은 것을 발견했다. “우리는 광산의 더 깊은 곳, 특히 500~1,000미터 깊이에서 강렬한 가스 배출을 관찰했다”고 그들은 보고했다. "물웅덩이와 개울에서 집중적이고 강렬한 기포 형성을 볼 수 있다." 분석에 따르면 그곳에서 빠져나가는 가스는 84%의 수소, 추가로 13.2%는 천연가스, 약 2.7%의 질소로 구성되어 있는 것으로 나타났다.

▲ Laurent Truche가 이끄는 연구원들이 광산에서 샘플을 채취하고 있다. 이 웅덩이에서 수소 가스를 함유한 기포가 솟아오른다. © L. Truche

다른 곳보다 더 많은 H2 가스

그런데 불키제 광산에서 나오는 수소는 얼마나 될까? 이를 확인하기 위해 팀은 광산 샤프트와 38개 시추공에 수소 센서와 유량계 네트워크를 설치했다. Truche와 그의 팀은 6년 동안 광산의 수소 누출을 모니터링했다.

그 결과, “매년 최소 200톤의 수소가 광산에서 방출된다”고 과학자들은 보고했다. “그러나 이러한 가스 방출률은 전체 부피에 대한 추정이 아니라 특정 지점에서 측정된 것만을 기준으로 한 최소값이다. 우리는 광산에서 나오는 전체 공기 중 극히 일부만 모니터링했다.”

이러한 양의 가스는 이미 기록적인 수준이다. Truche와 그의 동료들은 “이 양은 이전에 기록된 고알칼리성 소스 및 가스 누출로 인한 수소 가스 방출을 훨씬 초과한다”고 썼다. 이번 발견의 특별한 점은 이 대규모 유출이 거의 순수한 수소 가스로 구성되어 있다는 것이다.

수소 저장고로서의 오피올라이트 암석?

이것은 수소가 어디서 오는지에 대한 의문을 제기한다. 지질학자들은 가장 가능성 있는 원인은 광산이 위치한 오피올라이트 암석의 강력한 형성이라고 믿고 있다. 오피올라이트는 판 구조론에 의해 대륙붕으로 밀려난 해양 지각 암석으로 구성된다. 이 이전 바다 지각은 남부 유럽을 포함하여 많은 육지에서 광범위한 지질 구조를 형성한다.

Truche와 그의 팀은 “이 오피올라이트 벨트는 터키에서 슬로베니아까지 3천km 이상 뻗어 있다”고 보고했다. 많은 지각 단층과 균열이 십자형으로 교차되어 있는 대산괴는 깊이가 최대 6km에 이른다. 지금까지 이러한 오피올라이트 형성은 크롬을 제외하면 원자재가 다소 부족한 것으로 생각됐다. “석유와 가스 산업은 과거에 오피올라이트가 탄화수소 추출에 부적합하다고 여겼기 때문에 대부분 무시했다”고 연구원은 설명했다.

▲ 알바니아 Bulqizë 광산은 크롬이 풍부한 오피올라이트 암석층 위에 자리잡고 있다. © L. 트루체

수소 생산은 수익성이 있을 수 있다

그러나 Bulqizee 광산의 수소는 이제 상황을 바꾸고 있다. 과학자들이 판단한 대로, 광산 아래에 있는 오피올라이트 암석에만 5천~5만 톤의 수소가 저장됐을 수 있다. 이는 광물의 지구화학적 반응으로 인해 발생하고 시간이 지남에 따라 암석의 기공에 축적될 가능성이 높다. 따라서 오피올라이트는 고품질 수소 가스를 풍부하게 보유할 수 있는 잠재력을 갖고 있다고 Truche와 그의 팀은 말했다.

연구원들에 따르면, 이 발견은 새로운 에너지 자원 탐색과 수소 생산을 실질적으로 변화시킬 수 있다. “특정 오피올라이트에는 경제적으로 분해 가능한 H2 가스 축적물이 포함될 수 있다”고 그들은 설명한다. "가스가 단층대에 갇히고 집중되기 때문에 상업적으로 실행 가능한 방식으로 그러한 지질학적 맥락에서 수소를 추출할 수 있다."
이제 다른 적절한 지층이 어디에 위치하고 그 안에 얼마나 많은 수소가 존재하는지 조사해야 한다.
(Science, 2024; doi: 10.1126/science.adk9099)
출처: 미국과학진흥협회(AAAS)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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