[이미디어= 황원희 기자] 프린스턴 대학과 국립해양대기협회의 연구에 따르면 깨끗한 연료로서의 수소의 잠재력은 대기 하층부에서의 화학 반응에 의해 좌우될 수 있다고 한다.
수소 가스는 강력한 온실 가스인 메탄을 분해하는 역할을 하는 동일한 분자와 대기 중에서 쉽게 반응하기 때문이다. 수소 방출이 특정 임계값을 초과할 경우 공유된 반응은 수십 년 동안 지속된 기후 결과와 함께 대기 중에 메탄이 축적될 가능성이 높다.
이에 대해 하이 메도우 환경 연구소(High Meadows Environmental Institute)의 박사후 연구원인 마테오 베르타니는 수소가 이론적으로는 청정한 에너지원으로 생각되고 있지만 실제로는 여전히 해결해야 할 많은 환경적, 기술적 우려를 제기하고 있다고 밝혔다.
베르타니는 과학자들이 대기 중 메탄에 대한 수소 배출의 영향을 모델링한 네이처 커뮤니케이션스에 발표된 연구 논문의 주요 저자이다. 연구진은 화석 연료 사용을 대체할 때에도 일정한 임계값 이상에서 누출되는 수소 경제가 대기 중 메탄의 양을 증가시킴으로써 단기적인 환경 유해성을 일으킬 수 있다는 점을 발견했다. 메탄을 투입물로 사용하는 수소 생산 방법에 대해 위험성이 복합적으로 작용하여 수소 생산에 따른 배출을 관리하고 최소화해야 하기에 중요성을 강조한다.
또한 수소 사용의 결과에 대해 검토할 것이 많고 겉보기에는 깨끗한 연료인 에너지원으로 새로운 환경 문제를 일으키지 않는 것처럼 보인다고 밝혔다. 이 문제는 하이드록실 라디칼(OH)로 알려진 작고 측정하기 어려운 분자로 요약된다. 종종 "대류권의 세제"라고 불리는 OH는 대기에서 메탄과 오존과 같은 온실 가스를 제거하는 데 중요한 역할을 한다.
OH는 또한 대기 중의 수소 가스와 반응한다. 그밖에 매일 제한된 양의 수산화물이 생성되기 때문에, 수소 방출의 급격한 증가는 더 많은 수산화물이 수소를 분해하기 위해 사용된다는 것을 뜻하고, 메탄을 분해하기 위해 더 적은 양의 수산화물만이 남는다는 결론이 나온다. 결과적으로 메탄은 온난화 영향을 확장하면서 대기 중에 더 오래 머물 수 있다.
연구진에 따르면 수소 생산에 대한 정부의 인센티브가 확대됨에 따라 발생할 수 있는 수소 급증의 영향은 지구에 수십 년 동안 지속된 기후 결과를 초래할 수 있다고 한다. 수소를 방출할 경우 메탄의 점진적인 축적으로 이어질 수 있기 때문이다.
연구진은 수소 배출이 대기 중 메탄의 증가로 이어져 깨끗한 연료로서의 수소의 단기적 이익의 일부를 약화시킬 티핑 포인트 즉 임계값을 확인했다. 또한 재생 가능한 에너지원에서 전기를 사용하여 물을 수소와 산소로 분해하여 생성되는 그린 수소로 지칭되는 수소의 경우 배출의 임계값이 약 9%에 이른다고 말했다. 즉, 생산된 녹색 수소의 9% 이상이 생산 시점에 있든, 운송 중이든, 가치 사슬을 따라 다른 곳으로 이동하든 대기중 메탄이 향후 수십 년 동안 증가하여 화석 연료에서 전환하는 기후 이점의 일부를 상쇄할 수 있다는 것이다.
또한 후속 탄소 포획 및 저장과 함께 메탄 개질을 통해 생성된 수소를 의미하는 블루 수소의 경우, 방출의 임계값은 훨씬 더 낮은 편이다. 메탄 자체가 메탄 개질 과정의 주요 투입물이기 때문에 블루 수소 생산자는 수소 누출 외에 직접 메탄 누출도 고려해야 한다. 따라서 수소와 메탄의 누출 속도를 관리하는 것은 매우 중요한 일이 될 것으로 보인다.
연구원들은 대기 중 메탄에 대한 수소의 영향을 고려하는 시간 척도의 중요성을 강조했다. 메탄과 수소 누출 수준이 단기적인 온난화를 야기할 만큼 충분히 높더라도 장기적으로 수소 경제로의 전환은 여전히 기후에 순익을 제공할 가능성이 높다고 말했다. 결국 대기 가스 농도가 새로운 균형에 도달할 것이며 수소 경제로의 전환은 기후 이점을 입증할 것이라고 말했다. 그러나 그 전에, 수소 배출의 잠재적인 단기적 결과는 회복할 수 없는 환경 및 사회 경제적 피해로 이어질 수 있다.
따라서, 기관들이 향후 기후 목표를 달성하기를 원한다면, 수소 기반 시설이 나오기 시작할 때 대기로의 수소와 메탄 누출을 억제할 것을 경고하고 있다. 또한 수소는 제어하고 측정하기 어려운 것으로 분자 특성을 갖고 있기 때문에, 방출을 관리하는 것은 연구원들이 가치 사슬에 걸쳐 수소 손실을 추적하는 더 나은 방법을 개발해야 할 것이라고 알렸다.
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