수소를 알면 수소자동차가 보인다.

수소는 우주 전체의 70%나 차지할 정도로 흔한 물질입니다. 태양을 비롯한 대부분의 별도 수소 에너지로 빛을 내고 있습니다. 이렇듯 수소는 우리와 굉장히 친숙한 물질인데요, 이번 포스팅에서는 주기율표 첫 번째에 위치한 원소인 수소에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

원소기호 H

수소는 지구상에서 가장 가벼운 물질입니다. 우리 주변에 있는 공기와 비교할 때 수소의 무게는 평균적인 공기 무게의 14분의 1 정도밖에 되지를 않습니다. 또한 수소는 무색, 무취이며 맛도 느껴지지가 않습니다.

이런 수소는 평소에는 기체로 존재하지만, -253 ℃까지 냉각시키면 액체가 되는 물질입니다. 반면에 발화점은 570゜ C로 높은데, 이러한 점 때문에 자연 발화는 거의 어렵다고 할 수 있습니다.

 

그런데 수소의 대부분은 화합물로 존재하고 있으며, 오히려 순수한 수소는 자연계에서 거의 존재하지 않습니다. 따라서 수소는 다양한 자원에 포함되어 있습니다. 지구상에서 수소는 주로 산소와 결부되어 ‘물’로 형태로 존재하고 있습니다. 물이 'H 2 O "라는 분자 기호로 표시되어 있으며, 이것을 통해 수소 원자 2개와 산소 원자 1개가 결합했다는 것을 알 수 있습니다.

이밖에도 수소는 활용도가 매우 높은 원소입니다. 그래서 산업용으로 반도체 공장과 석유 화학 공업 등에서 널리 사용되고 있기도 합니다. 이밖에도 암모니아로 합성되어 비료로 사용되고 있으며 니켈 수소 전지 등으로 이용되고 있습니다.

 

수소의 발견

이러한 수소를 최초로 발견한 건 1766년 영국의 화학자 헨리 캐번디시입니다. 17세기 말에서부터 18세기 초반에 이르기까지 물건이 불타거나 금속이 산화하는 데 ‘플로지스톤’이라는 물질이 존재한다고 생각했습니다. 헨리 캐번디시도 플로지스톤에 관심을 가진 과학자 중 한 명으로, 플로지스톤의 존재를 증명하기 위해 노력하고 있었습니다.

그러던 어느 날 캐번디시는 금속에 황산을 뿌리면 거품이 빠져나오는 것에 주목했습니다. 캐번디시는 금속에 산을 뿌리고 빠져 나오는 기체를 모은 다음, 그 기체 속에 촛불을 가까이 대보았습니다.

그때 캐번디시는 놀라운 광경을 목격했습니다. 꺼질 줄 알았던 촛불이 오히려 더 크게 불타오르는 것이었습니다. 그것은 새로운 발견이었습니다. 캐번디시는 보통 공기와는 다른 새로운 기체를 발견한 것이었습니다.

캐번디시는 철, 주석, 아연 등 여러 가지 금속에다가 차례로 염산이나 황산을 붓고 빠져나오는 기체를 모았습니다. 그런 다음 기체를 가지고 실험한 데이터를 발표했습니다.

2년이 지난 다음에는 프랑스 화학자 라부아지에가 그 물질에 수소라는 이름이 붙여주었습니다.

 

수소가 어떻게 에너지가 될 수 있나요?

태양을 비롯한 대부분의 별이 수소 에너지로 빛을 내고 있습니다. 이와 같이 수소는 엄청난 에너지를 발생시킬 수 있는 자원이라는 걸 알 수 있습니다.

일단 수소와 산소를 반응 시키면 전기와 물이 발생하는데 그때 발생한 전기를 에너지로 사용할 수 있습니다.

이러한 수소 에너지를 이용하여, 가정에서 사용하는 연료 전지와 자동차 연려 전지, 놀이 기구를 움직이는 전지 등으로 활용할 수 있습니다. 수소 에너지가 다양한 방면에서 활용될 수 있도록 수소 에너지에 대한 연구, 개발이 필요합니다.

 

수소 에너지의 특징

석유와 천연가스는 과거의 생물이 땅속에 파묻힌 다음 수백만 년에 걸쳐 변화한 물질입니다. 그런 물질은 지하에서 대량으로 발굴해야 하는 경제적, 물리적 어려움이 있을 뿐만이 아니라, 각종 유해 물질을 배출해냅니다. 이런 화석 연료에 비교했을 때, 수소 에너지는 다음과 같은 세 가지의 특징이 있습니다.

첫째, 에너지로 전환될 때 이산화탄소 대신 물을 발생한다는 것입니다. 이런 점 때문에 수소 에너지는 환경 친화적입니다. 둘째, 지구상에 흔한 물질이다 보니, 지구의 다양한 자원으로부터 만들어낼 수 있습니다. 따라서 아무리 사용해도 없어질 염려가 없습니다. 셋째, 수소 원자는 물 등의 에너지를 수소로 바꾸어 저장해 놓을 수 있습니다.

 

수소 에너지의 안전성

처음 수소 에너지가 개발되었을 때만 해도, 수소 에너지의 안정성은 미흡한 부분이 많았습니다. 에너지라는 것이 고온 상태에서 얻고 활용되기 때문에, 아무래도 잘못 사용하면 위험한 점이 있게 마련입니다.

하지만 가솔린, 등유, 가스에다가도 불을 갖다 대면 불이 나고, 전기도 젖은 손으로 만지면 감전을 하게 됩니다. 단지 그것들을 안전하게 사용하는 방법과 기술이 개발된다면, 그러한 에너지들을 안심하고 사용할 수 있게 됩니다.

현재 수소 에너지는 가솔린이나 전기 에너지와 마찬가지로 안전한 처리기술이 마련되어 있습니다. 수소 에너지 분야에서 다양한 경험과 연구 결과가 이루어졌기 때문입니다.

수소자동차의 경우에는 수소를 안전하게 사용하려면 다음과 같은 기술이 확립되어야 합니다. 수소 자동차의 운행 중에는 연료 누설 방지, 조기 감지 기술이 마련되어야 합니다. 또 누설이 발생했을 경우 체류방지, 인화방지 기술이 마련되어야 합니다. 만약 인화가 된 경우 주위의 영향을 막을 수 있는 장치가 마련되어야 합니다.

수소자동차가 갖추어야 할 이러한 기본 안전 기술들이 현재는 비교적 잘 갖추어져 있는 상태입니다.

 

수소자동차 / 수소전기자동차

수소자동차는 휘발유 대신 수소를 에너지원으로 구동하는 자동차입니다. 직접 수소를 연소시키는 구조이기 때문에 CO 2 배출량은 제로에 가깝다보니, 온실가스를 배출하지 않아, 우리의 환경에 긍정적인 영향을 끼칩니다.

하지만 아직까지 수소자동차가 대중화되기에는 갈 길이 먼 것 같습니다. 우선 수소 공급 인프라가 갖추어져 있지 상태이다 보니, 충전소를 찾는 것도 어렵습니다. 또 백금 등의 연료 전지의 가격이 고가이다 보니, 수소자동차의 가격에도 고가 전지의 가격이 반영됩니다.

뿐만 아니라 수소자동차의 안정성을 위한 검사장비, 기술, 제도 등의 기반이 우리 사회에 마련되어야 하겠습니다.