석탄에 수소를 저장한다?

 (A Penn State researcher holds a large piece of coal. Credit: Penn State)

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수소는 연소 결과물로 물이 나오는 깨끗한 청정 에너지원으로 주목 받고 있습니다. 더구나 연소시키는 대신 연료 전지를 이용하면 화석 연료보다 훨씬 높은 에너지 효율을 기대할 수 있습니다. 하지만 압축 저장이 매우 어려워 설령 공급이 원활하게 되더라도 천연 가스 같는 기존의 화석 연료를 대체하기 어려운 문제점이 있습니다.

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펜실베니아 주립대학의 시민 리우 교수 (Shimin Liu, associate professor of energy and mineral engineering at Penn State)가 이끄는 연구팀은 수소를 장기간 저렴하게 보존할 방법으로 의외의 장소를 지목했습니다. 바로 폐광된 석탄 광산입니다.

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우리는 석탄을 단단한 광물이라고 생각하지만, 실제로는 내부에 수많은 작은 구멍이 있는 폴리머에 가깝습니다. 따라서 메탄 같은 기체가 침투할 공간이 많습니다.

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연구팀은 여러 종의 삭탄에서 수소를 흡수하는 능력을 연구 했습니다. 그 결과 버지니아 동부의 저휘발성 역청탄 (low-volatile bituminous coal from eastern Virgina)와 펜실베니아 동부의 무연탄 (anthracite coal from eastern Pennsylvania)이 가장 좋은 후보인 것으로 나타났습니다.

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이 폐광들은 이미 오랬동안 메탄 가스를 저장해왔고 진흙이나 셰일층에 의해 차단되어 있어 수소가 셀 가능성이 낮다는 것이 연구팀의 주장입니다. 연구팀은 특히 펜실베니아가 좋은 후보하고 보고 있습니다.

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다만 수소가 새어 나갈 경우 경제적인 문제 뿐 아니라 안전 문제도 제기될 수 있어 이 주장이 옳다고 해도 신중한 접근이 필요합니다. 아마도 주민 반발 등 여러 가지 요소도 고려해야 하기 때문에 가까운 시일 내로 시도하기는 어려울 것 같습니다. 이미 채굴한 석탄을 폐쇄된 장소에 저장한 상태에서 활용하는 건 어떨지 궁금합니다.

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참고

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https://techxplore.com/news/2023-05-hydrogen-coal-power-energy-economy.html

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Ang Liu et al, Hydrogen sorption and diffusion in coals: Implications for hydrogen geo-storage, Applied Energy (2023). DOI: 10.1016/j.apenergy.2023.120746