본문으로 바로가기

연구성과

연구보고서

페이스북으로 이동 트위터로 이동
천연수소(natural hydrogen)의 잠재성 분석과 정책적 시사점
보고서명

천연수소(natural hydrogen)의 잠재성 분석과 정책적 시사점
  • 조회수

    조회수 반영까지 최대 10분 정도 소요될 수 있습니다.

     11
  • 다운로드

    다운로드 수 반영까지 최대 10분 정도 소요될 수 있습니다.

     0
  • 1. 연구의 필요성 및 목적
    ■ 연구의 필요성
    ○ 탄소중립 추진과 함께 수소가 산업·수송·발전 등 전(全) 부문 탈탄소화의 핵심 에너지원으로 부상하고 있으나, 현실의 수소 공급은 여전히 ‘제조공정(개질·수전해 등)’을 전제로 한 제조 수소 체계에 크게 의존함.
    ○ 이 과정에서 전 과정 에너지 투입과 배출(특히 화석연료 기반)이 구조적으로 수반되기 때문에, 청정수소의 실질적 확대를 위해서는 제조 수소 중심의 공급 포트폴리오만으로는 한계가 발생할 수 있음.
    ○ 반면, 천연수소는 지각·상부 맨틀에서 자연적으로 생성된 분자 수소가 지하에 존재·이동·집적될 수 있다는 점에서, 제조공정 부담을 낮출 수 있는 잠재적 공급원으로 논의가 확대되고 있음.
    ○ 천연수소 부상에도 불구하고 ‘정책·제도·근거’의 공백이 남아 있음
    - 해외에서 탐사·개발 프로젝트와 제도화 논의가 빠르게 진행되는 반면, 국내에서는 정책적 관점에서 천연수소를 종합적으로 평가·정리한 연구가 제한적임.
    - 특히, 탐사·개발이 본격화되려면 ‘자원(지하자원)으로서의 성격’과 ‘수소경제(산업)로서의 성격’이 접합되는 지점에서 법·제도·계획·인증 등 정책 인프라가 필요하지만, 현재 국내 체계는 제조 수소 중심으로 설계되어 천연수소를 포섭하기 어렵다는 문제가 제기됨.
    ■ 연구의 목적
    ○ 본 연구는 중장기 관점에서 천연수소의 개념과 생성·생산 체계를 정리하고, 전 세계 자원평가·유망 필드·국가별 제도화 동향을 검토하며, 문헌 기반 경제성(LCOH) 정량합성과 국내 잠재 유망지역·제도 현황을 바탕으로 정책적 시사점과 우선 과제를 도출하는 데 목적이 있음.

    2. 연구내용 및 주요 분석 결과
    ■ 천연수소의 개념 정립과 ‘수소 시스템’ 관점(생성–이동–보존)의 확산
    ○ 천연수소는 white/gold/geologic hydrogen 등으로도 불리며, 자연적 지질·지구화학 과정에서 생성된 분자 수소가 지하에 저장되거나 용존 상태로 존재하다가 조건 변화에 따라 지표로 관측될 수 있음.
    - 과거에는 화석연료 중심 탐사체계 속에서 수소가 ‘특이·드문 현상’으로 취급되며 과소평가되는 경향이 있었으나, 최근에는 탐사·자원평가의 대상으로 재정의되는 흐름이 나타남.
    ○ 이런 천연수소를 특정 반응의 산물로 환원하기보다, 생성(generation)–이동(migration)–보존(preservation)이 결합할 때 경제적 축적이 가능하다는 수소 시스템(hydrogen system) 틀에서 최근 접근이 이루어짐.
    - 이는 ‘발견된 누출’ 자체보다 지질 시스템 단위의 탐사 논리(어디서 생성되고, 어떤 경로로 이동하며, 어디에 포획·밀봉되는가)를 구축하려는 방향으로 해석됨.
    ■ 천연수소의 다원적 생성원리와 생산기술(탐사–평가–개발–생산) 현황
    ○ 천연수소 생성은 사문석화(초고철질암–물 반응), 방사분해(자연방사선에 의한 물 분해), 심부 탈 가스, 유기물 열분해, 미생물 기원, 단층 마찰/파쇄와 연계된 반응 등 다양한 경로가 제시됨.
    - 즉, 천연수소는 특정 지질환경(예: 초고철질암)만으로 설명되기보다 여러 조건의 조합으로 이해되어야 함.
    ○ 천연수소의 상업적 생산 사례는 제한적이지만, 탐사·평가(appraisal)–개발(development)–생산(production)으로 이어지는 기본 공정은 석유·가스 산업의 탐사·시추·완결·지상처리 기술과 구조적으로 유사한 측면이 있음.
    - 다만, 천연수소는 누출·확산, 농도 변동, 동반 가스 처리, 안전·환경 관리 등에서 별도의 기술·운영 설계가 요구됨.
    ■ 전 세계 자원평가와 유망 필드: ‘잠재량은 크나 불확실성도 큰’ 초기 국면
    ○ 최근에는 질량수지·확률모형 기반으로 전 지구 수소 총량을 추정하는 시도가 나타나며, 지하 수소 총량이 매우 넓은 범위(예: 109~1016 톤) 범위로 제시됨.
    - 다만, 이러한 수치는 ‘총량’에 가까우며, 실제 회수 가능량은 기술·경제·환경 제약에 따라 크게 제한될 수 있음.
    ■ 주요국 탐사·개발 정책 동향: ‘법적 경로 정비–탐사 실행’의 제도권 편입 경쟁
    ○ 말리 Bourakébougou 등 제한적이나 실제 생산·활용 사례가 보고되며, 호주·미국·유럽 등에서 탐사 프로젝트가 확대되는 흐름이 나타나면서 천연수소가 ‘학술적 가능성’에서 ‘정책·산업 의제’로 전환되는 촉매로 기능함.
    - 말리 Bourakébougou에서는 우물 시추 과정의 관측 이후 재조사로 고순도 수소(약 98%)가 확인되고 소규모 발전으로 전력 공급이 이루어짐.
    - 호주 Ramsay-1 등은 국가·주 정부 차원의 허가 및 탐사 프로그램과 결합
    ○ 국가별 제도화의 추진 현황: 프랑스(법 선정비), 호주(주 정부 허가 체계), 영국(전략 부재) 등
    - 프랑스는 광업법 개정 등을 통해 수소를 탐사·채굴 허가 대상에 포함하며 제도적 경로를 먼저 정비하는 특징
    - 호주는 주(州) 단위로 기존 석유·가스 허가 체계(PEL 등)에 천연수소 탐사를 편입시키는 흐름
    - 영국은 국가 수소 전략에서 천연수소 언급이 거의 없고, 공식 탐사·제도화 사례가 뚜렷하지 않다는 점이 대비
    ■ 천연수소의 균등화 수소 원가(LCOH) 표준화·RVE 메타분석으로 본 천연수소 생산단 비용 수준
    ○ 천연수소 경제성 문헌의 비용지표(LCOH 등)를 시나리오 단위로 추출하고, 생산단(plant-gate) 기준 2025년 실질 USD/kg-H2(LHV)로 환산해 비교 가능성을 확보함.
    - 연구 내 다수 시나리오의 종속성을 고려하기 위해 RVE(robust variance estimation) 기반 무작위효과 정량합성을 적용함.
    ○ 생산단(plant-gate) 경계가 확인된 문헌들의 통합 천연수소의 평균 LCOH는 1.71 USD/kg (95% 신뢰구간 1.01–2.89 USD/kg)로 추정됨.
    - 시나리오별 비용 분포는 0.14–6.82 USD/kg로 분산이 컸으며, 생산단 경계 불명확·근거 약한 자료를 포함할 경우, 통합 평균이 1.15(0.85–1.56)로 낮게 나타났는데, ‘비교 기준 완화’ 가능성이 함께 제기됨.
    ○ 국가별로는 호주는 2.75(2.19–3.44) USD/kg, 말리는 3.98(2.46–6.82) USD/kg, 미국은 2.22(0.55–5.82) USD/kg로 확인됨.
    - 동일 국가 내에서도 시나리오 설정에 따라 저비용~고비용이 함께 관측됨.

    3. 결론 및 정책 시사점
    ■ 국내 천연수소 잠재 유망지역 및 정책·제도 현황
    ○ 한반도는 선캄브리아 기반암·중생대 화강암 관입체 분포 등 방사성 원소 및 방사분해 가능성이 논의되는 지질 요소를 일부 갖고 있으며, 제한적이나 초고철질암 분포로 사문암화 기반 가능성도 거론됨.
    - 다만 생성만으로는 경제적 자원이 되기 어렵고, 이동·집적·밀봉 등 수소 시스템 요건을 현장 자료로 확인해야 함.
    ○ 국내 유망 권역은 4개 축으로 (1) 경기 북부(포천)–가평, (2) 강원권(영서 철원 용암대지–영동 양양 철광상), (3) 경북 중·북부(안동–영양 소분지), (4) 제주 및 남동부(화산–분지) 권역임.
    - 공통으로 단층·구조선의 유체 이동 경로 역할, 분지 퇴적체의 저장 잠재, 화산암/초고철질암 등 근원 환경을 ‘조합’으로 점검해야 함.
    ○ 탐사·연구는 ‘실체 형성’ 단계로 진입했으나, 제도·데이터 기반이 취약하며, 특히 현행 수소 경제법·정책은 제조 수소 중심이며 천연수소의 법적 정의·정책 경로가 부재함.
    - 한국석유공사(KNOC)의 토양 가스 측정 및 탐침 장치 특허 출원, 휴대형 장비 기반 현장 측정 등 초기 탐사 시도가 시작되었고, 초고철질암 분포 고찰 등 학술 연구도 병행되고 있음.
    - 다만, 천공 직후 인공 수소(artificial hydrogen) 발생 가능성 등 측정·해석상 유의점이 보고되는 등, 표준화된 데이터 축적과 장기 모니터링이 필요함.
    ■ 정책 시사점
    ○ 수소 경제법에 천연수소의 법적 개념·지위·지원수단을 명시해 ‘정책 집행 공백’을 해소 필요
    - 정의 조항에 천연수소 개념을 신설하고, 청정수소 인증 대상 포함 여부·안전관리 적용 범위 등 관계를 조문 수준에서 정리할 필요가 있음.
    - 또한, 탐사·평가·시범 생산·안전·환경관리 등을 지원 항목으로 적시해 하위규정 정비로 연계되어야 함.
    ○ 제2차 수소경제 이행 기본계획에 국내·국외 천연수소 참여를 반영해 ‘사업 추진 근거’를 확보 필요
    - 제1차 기본계획은 청정수소를 그린·블루 중심으로 제시하며 천연수소를 별도로 다루지 않아, 천연수소 관련 사업의 계획상 정당성이 약해지는 문제가 있음.
    - 따라서 국내 탐사 로드맵(스크리닝→현장 측정→정밀 지구 물리·시추 평가), 해외 탐사·생산권 참여(에너지 안보형 포트폴리오), 초기 탐사 리스크 분담(공동탐사·매칭펀드·데이터 공개 조건부 지원)을 기본계획에 구조적으로 포함할 필요가 있음.
    ○ 천연수소에 대한 청정수소 인증 기준은 ‘신설’보다 ‘적용확장+경계 재정의’로 설계 필요
    - 현행 청정수소 인증은 법적 근거와 등급 체계를 보유하나, “원료채굴→생산·수입” 경계를 전제로 설계되어 천연수소의 탐사·시추·완결·정제·누출관리 등 고유 공정을 정합적으로 반영하기 어려움.
    - 인증 대상 설비 유형에 ‘지하 생산(채취) 설비’를 추가하고, 시스템 경계를 탐사 단계부터 지상처리까지 명시하며, 동반 가스 존재 시 배출·처리 규칙과 MRV 요건을 특칙으로 두는 방향을 제안함.
    ○ 해외 사례를 참조하여 탐사권리 체계·데이터 공유·파일럿 ‘관리형 허용’의 패키지화 필요
    - 프랑스(광업 법제 편입), 남호주(규제물질 포섭 및 PEL 기반 탐사), 말리(파일럿 운영 데이터 축적) 사례는 ‘법적 경로 정비’와 ‘탐사 실행의 제도권 편입’이 병행될 때 산업화 기반이 마련됨을 시사함.
    - 한국도 지하 자원적 성격을 반영한 탐사 인허가/권리 체계 정합화, 공공–민간 공동탐사 및 데이터 표준화·공유, 천연수소 특성에 맞춘 안전·환경·모니터링 조건을 부과한 제한 구역 실증(관리형 허용)과 그 결과의 인증·표준·인허가 체계 환류가 필요함.

콘텐츠 큐레이션 : 동일주제 가장 많이 이용된 자료 추천

현재 페이지에서 제공되는 연구보고서에 대하여 평가해 주세요

의견(0)

연구성과에 따른 의견과 무관한 글, 선정적인 글 및 비방글 등의 게시물은 관리자에 의해 언제든 삭제 조치 될 수 있으며, 주민등록번호 형식 및 연속된 숫자 13자리는 입력할 수 없습니다.

입력 가능 Byte : 4000 Byte 현재 입력 Byte : 0 Byte
자동등록방지 숫자를 순서대로 입력하세요.