궁금했어, 수소(사이언스 틴스 18)

지구 온난화 문제의 돌파구이자 인류의 슈퍼히어로로 부상한 수소

지구 온난화의 피해가 극심해져 가는 요즘 우리는 수소에 관한 뉴스를 자주 볼 수 있습니다. 수소 산업, 수소 경제, 수소 모빌리티, 수소 연료, 수소 혁명 같은 것들입니다. 지구 온난화는 화석 연료를 많이 사용해 일어난 온실효과 때문에 벌어진 상황이므로 화석 연료를 대신할 에너지가 필요한데, 인류는 여전히 화석 연료에 많이 의존하고 있습니다. 어떤 연료와 에너지가 화석 연료를 대신할 수 있을까요? 그건 바로 수소입니다. 수소가 새로운 에너지 대안으로 주목받고 있기 때문입니다. 그러니까 수소는 위기에 빠진 지구와 인류 문명을 구해 낼 수 있는 슈퍼히어로인 셈입니다.

《궁금했어, 수소》는 가장 작고 가벼운 1번 원소인 수소의 모든 것을 다루고 있습니다. 우주와 함께 태어난 수소의 탄생부터 수소의 구조와 성질, 수소를 발견한 과학자들 이야기를 들려줍니다. 그리고 수소의 어떤 성질이 화석 연료를 대체할 수 있게 해 주는지, 화석 연료만큼 널리 손쉽게 쓰기 위해서 수소를 만들고, 저장하고, 운반하는 방법을 비롯한 수소 산업 이야기를 10대들 눈높이에 맞게 설명합니다. 또 가까운 미래에 실현될 꿈의 에너지, 수소 동위 원소를 원료로 이용하는 핵융합까지 친절하고 상세하게 일러 줍니다.



세상을 만드는 물질 중 첫 번째 원소

아주 오랜 옛날부터 사람들은 이 세상이 무엇으로 만들어졌을지 궁금해했습니다. 탈레스는 이 세상을 이루는 근본 요소가 물이라고 생각했고, 아낙시메네스는 공기라고 여겼으며, 헤라클레이토스는 불이라고 주장했습니다.

과학이 발달하면서 세상은 100개 정도의 원소로 만들어졌다는 것이 밝혀습니다. 원소 주기율표의 119개 원소 중 자연에 존재하는 것은 92개이고, 이 세상 모든 것은 이 원소들이 이리저리 연결되어 만들어졌습니다. 그중에서 가장 작은 원소가 바로 수소입니다.

수소는 원자핵에 양성자 1개만 가진 보통의 수소, 양성자 1개에 중성자 1개가 붙은 중수소, 양성자 1개에 중성자가 2개인 삼중 수소, 이렇게 세 가지 형태의 동위 원소가 존재합니다. 자연에 존재하는 수소의 99.98%가 중성자가 없는 보통의 수소이고 0.02%가 중수소입니다. 삼중 수소는 불안정해서 자연에 거의 존재하지 않고 인공적으로 만듭니다.



물이 풍부한 지구에서 수소는 무궁무진한 에너지

오늘날 세계는 해마다 1.2억 톤 정도의 수소를 생산하고 있습니다. 수소는 암모니아 생산(55%), 석유 정제(25%), 메탄올 생산(10%)에 주로 사용됩니다. 수소를 에너지원으로 쓰는 비중은 얼마 되지 않지만 다가올 미래에는 수소가 화석 연료의 빈자리를 메꿔 줄 중요한 에너지원이자 에너지 매개체로 활용될 예정입니다.

화석 연료 의존도를 낮추기 위해 이용하는 에너지에는 태양광 발전, 풍력 발전 등의 신재생 에너지가 있습니다. 이미 널리 많이 쓰이고 있지만, 이들 에너지는 날씨와 기후의 영향을 많이 받아 필요한 양보다 발전량이 적거나 너무 많을 수 있다는 단점이 있습니다. 발전량이 필요 이상으로 많을 때, 수소가 도움이 됩니다. 전기는 모아 두기 힘들지만, 남은 전기로 물을 전기 분해해서 수소로 만들면 보관이 쉬워집니다. 수소로 암모니아를 만들 수도, 암모니아를 다시 수소로 만들 수도 있습니다. 수소를 도시 가스에 섞으면 에너지 효율이 높아집니다. 철을 만드는 데 수소를 사용하는 방법도 계속 연구 중입니다. 이렇게 수소 활용법을 계속 늘려가면, 화석 연료를 덜 쓰면서도 지금처럼 에너지를 편리하게 사용할 수 있겠지요. 지구 대기 중에는 수소가 많지 않지만, 지구 표면의 3분의 2가 바다, 물로 채워져 있다는 것을 잊지 마세요.

1장 수소란 무엇일까?

오늘날 우리가 마주한 문제

가장 작은 원자, 수소

원자의 구성

물질을 만드는 원자 세계의 규칙

모든 원소의 어머니, 수소

/ 궁금 pick / 수소를 발견한 사람들



2장 수소는 어디에 있을까?

천상의 원소, 수소

물의 원소, 수소

생명의 원소, 수소

화석 연료와 수소

/ 궁금 pick / 수소를 타고 하늘로 둥둥



3장 신재생 에너지와 수소

에너지와 인류 역사

신재생 에너지로의 전환

신재생 에너지의 문제와 수소

/ 궁금 pick / 시대를 앞서간 덴마크의 발명가 폴 라쿠르



4장 수소는 어디에 쓰일까?

오늘날의 수소 산업

수소 발전

수소 제철

/ 궁금 pick / 암을 치료하는 양성자



5장 수소는 어떻게 만들까?

수소의 출신 계급

민감하고 까다로운 기체, 수소

/ 궁금 pick / 우주 여행의 숨은 영웅, 수소



6장 작은 태양을 만들 수는 없을까?

무한하고 깨끗한 꿈의 에너지

에너지와 핵분열

핵이 충돌해 융합하면 큰 에너지가 나온다

/ 궁금 pick / 원자 폭탄과 수소 폭탄, 핵분열과 핵융합



원소 주기율표

작가의 말

임지원 서울대학교와 대학원에서 식품영양학을 전공했습니다. 식품과 생명현상 뒤에 숨어 있는 과학적 원리를 공부하는 데 흥미와 관심이 많습니다. 엄마가 된 이후에는 삶의 열정을 둘로 나누어 과학책을 읽고 번역하는 일과 두 아이를 키우는 일에 쏟았습니다. 그동안 《스피노자의 뇌》 《에덴의 용》 《일상적이지만 절대적인 화학지식 50》 《기발한 과학책》 《지구의 역사를 바꾼 9가지 자연재해》 등 과학 도서를 번역했으며, 아동 · 청소년 도서 《궁금했어, 영양소》를 썼습니다.