최근에 우리나라뿐 아니라 전 세계는 수소에너지에 대해 많은 관심을 보이고 있다. 심지어는 ‘수소경제’, ‘수소산업’이라는 용어까지 등장하게 되었다. 막연히 화학이라는 학문에서만 들어보던 수소가 이제는 에너지와 산업, 경제라는 영역까지 들어오게 된 것이다.

더구나 수소전기차가 운행되고 있는 것을 보면 신기하게 여겨지기까지 한다. 중학교 과학책에는 물을 전기분해하면 수소와 산소가 나온다고 되어 있다. 그와 반대로 수소와 산소를 적절한 조건에서 반응시키면 전기와 열이 발생하고, 이 원리로 생성되는 전기로 모터를 구동하는 것이 수소전기차이다. 화학반응에는 가역반응과 불가역반응이 있지만 어쩌면 영구적 불가역반응은 존재하지 않을 수도 있다.

지구상에 분자(分子) 상태로 가장 가벼운 물질이 수소라는 것은 초등학생 정도면 알 수 있는 상식이다. 그러나 수소가 원자(原子) 상태로 존재하지 못하는 이유와 지구에서 분자 단위로 존재하지 못하는 이유가 무엇인지를 설명하기는 쉽지 않다. 과학자들이 만든 원소 주기율표에 가장 먼저 나오는 수소(원자번호 1번)는 원자핵 주위에 전자 1개가 일정한 궤도에서 확률적으로 존재한다는 것이 옳은 표현이다. 또 수소는 최외곽 전자가 하나이기에 원자로서는 존재할 수 없고 전자를 하나씩 공유하는 2원자 분자로서 존재한다,

수소가 지구상에서 분자 상태로 존재하지 못하는 이유는 산소나 오존과 쉽게 반응하기 때문으로, 대기에서는 존재하지 않는다고 보는 것이 맞다. 수소가 에너지가 될 수 있는 것은 단위무게당 발열량이 천연가스보다 높아서 활용하기에 따라 차세대 에너지원이 될 수 있을 뿐 아니라, 수소에너지는 최종적으로 안정한 물로 전환되면서 온실가스를 전혀 발생시키지 않기 때문이다. 이렇게 청정하고 막대한 에너지를 가진 수소는 자연계에서 단독으로 존재하지 않고 동물과 식물, 화석연료에 탄화수소의 화합물로서, 또한 지구에서 양이 가장 많은 물의 구성원소로 존재한다. 이런 화합물로부터 수소를 분해하여 분리하는 과정을 거치다 보니 아직까지는 화석연료보다 경제성에서 밀릴 수밖에 없다.

탄소와 수소의 결합으로 이루어진 화석연료를 탄화수소화합물이라 하는데 대표적인 것이 석탄과 석유이다. 산업화 과정에서 석탄과 석유를 지나치게 많이 사용하고 산업혁명 이후 지구의 나이에 비해 단시간에 너무 많은 양을 배출하다 보니 이런 결과를 초래했다. ▶下편으로 이어짐

우항수 울산테크노파크 지역산업육성실장/ 공학박사