수소를 고밀도로 저장했다

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 오현철 화학과 교수팀이 수소를 극저온에 고압으로 저장하는 방법보다 두배 이상 고밀도로 저장할 수 있는 방법을 개발했다. 마그네슘과 붕소로 이뤄진 물질의 미세한 구멍에 수소를 가두는 방식으로 기공의 부피당 144g/L까지 저장했다.

이는 수소를 일반적인 압력과 온도에서도 고밀도로 저장할 수 있어 수소 에너지 사용의 효율과 경제성을 높일 수 있다.

13일 UNIST에 따르면, 미래 연료로 주목받고 있는 수소는 분자 간의 상호작용이 매우 약해 실제 사용을 위한 대용량 저장은 어려운 상황이다. 같은 부피에 압력을 700기압까지 크게 높여주거나 온도를 영하 253도까지 낮춰 대용량 저장이 가능하지만 효율이 충분하진 않았다.

연구진은 나노다공성 수소화붕소마그네슘을 만들어 보통의 대기압에서도 수소를 고밀도로 저장할 수 있게 만들었다.

우선 연구진은 이미 수소를 함유한 고체 수소화붕소와 금속 양이온 마그네슘으로 나노다공성 복합 수소화물인 수소화붕소마그네슘을 만들었다. 이 소재 안에는 수소분자가 입체적으로 정렬될 형태로 5개의 수소 분자가 저장됐다. 즉, 수소를 고밀도로 저장할 수 있는 것이다.

테스트 결과, 이렇게 만들어진 수소화붕소마그네슘은 기공의 부피당 144g/L의 수소를 저장했다. 기체의 수소 분자를 액체 상태로 저장하는 방식은 70.8g/L이지만, 새로운 저장 방식은 이보다 2배 이상 밀도가 높다. 또 수소 분자가 단단한 고체 상태일때 밀도인 86g/L보다 높은 밀도로 존재했다.

즉 수소를 저장하거나 운송하는데 문제가 되는 낮은 수소저장용량을 고밀도 흡착기술로 개선했으며, 극저온을 유지하지 않아도 된다.

오현철 교수는 "이 소재는 기존의 수소 저장 방법과 달리 많은 양의 수소를 안전하고 효율적으로 저장할 수 있는 잠재력을 가지고 있다"고 말했다.

또한 연구진은 많은 양의 수소가 기공 안에 어떻게 존재할 수 있는지에 대해 다양한 분석기법을 활용해 정확한 분자 위치 등을 밝혀냈다.

오현철 교수는 "수소 연료를 이용한 대중교통 수단의 활용에 있어 중요한 도전 과제인 수소저장 문제를 해결할 수 있는 가능성을 제시했다"며 "현재 기술로는 달성하기 어려운 용적 기준의 저장 밀도를 향상시켰고, 수소 에너지 사용의 효율성과 경제성을 높일 수 있는 중요한 발전"이라고 설명했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 수소저장 방식을 화학 분야 세계적 권위의 국제학술지인 '네이처 화학(Nature Chemistry)'에 지난 6일 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자