낮은 압력에서 수소 저장 가능한 기술 개발

수소에너지 사회를 조기에 실현하기 위한 획기적 수소저장 방법이 순수 국내 연구진에 의해 개발됐다.

GIST 지구·환경공학부 박영준 교수와 KAIST 이재우 교수 공동연구팀이 90기압 이하의 낮은 압력에서 물과 천연가스를 이용한 수소저장 원천기술을 개발하는데 성공했다.

수소자동차에 연료로 사용될 수소는 수소생산 시설로부터 이송돼 도심 곳곳에 세워질 수소 충전소에 우선 저장한 후 수소자동차에 주입된다.

이때, 단위 부피당 매우 낮은 에너지 밀도를 가지는 수소의 특성 때문에 일반적으로 수백 기압 이상으로 압축해 에너지 밀도를 증가시켜 수소 충전소에 저장된다.

공동연구팀은 친환경 소재인 물을 이용해 일종의 얼음 형태인 가스 하이드레이트를 형성하고, 여기에 천연가스(메탄 및 에탄)와 함께 수소를 주입해 수소에너지 저장 밀도를 획기적으로 개선하는 동시에 저장 압력을 90기압 이내로 낮출 수 있는 원천기술을 확보했다.

기존 순수 수소만을 이용한 가스 하이드레이트 저장 방법은 수천 기압의 초고압 조건이 필요하다는 단점이 있었으나 연구팀은 천연가스가 수소와 함께 가스 하이드레이트에 주입될 경우, 천연가스가 일종의 열역학적 형성 촉진제로 작용해 저장 압력을 90기압까지 획기적으로 낮추는 현상을 세계 최초로 확인했다.

또한, 현재 국내 수소 생산의 대부분을 차지하고 있는 수소부생가스는 주로 정유·석유화학·제철 산업에서 발생하며, 따라서 이들 수소부생가스를 기존 천연가스 배관망을 통해 수소+천연가스 하이드레이트 적용 수소 충전소까지 이송해 저장할 경우 수소 운송 비용을 획기적으로 감소할 수 있을 것으로 기대된다.

박영준 교수는 "이 기술을 활용할 경우, 국내에 이미 잘 구축된 기존 천연가스 배관망을 활용해 수소를 저비용 이송할 수 있을 뿐만 아니라 가스 하이드레이트 기반 수소 충전소에서 수소와 천연가스 분리가 용이하기 때문에 국가 에너지믹스(Energy Mix) 정책 수립에도 큰 도움이 될 것으로 기대한다"라고 밝혔다.

또한 안윤호 박사(KAIST)는 "이 연구를 통해 물로만 이뤄진 친환경적 특징을 갖는 가스 하이드레이트를 저압 환경에서 수소―천연가스 혼합물 저장 매체로 이용함에 따라 앞으로 도래할 수소 시대에 적용 가능한 수소저장 원천기술을 제공할 것으로 기대한다"라고 말했다.

이번 연구성과는 에너지 저장기술 분야 최고 권위 학술지인 에너지 스토리지 머터리얼스(Energy Storage Materials)에 6월 6일자로 온라인 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자