국내 연구진이 수소연료의 상용화를 크게 앞당길 수 있는 새로운 수소 저장법을 개발했다.
울산과학기술대(UNIST)는 13일 문회리 친환경에너지공학부 교수와 전기준 울산대 전기전자공학과 교수가 나노미터 단위 입자의 마그네슘과 고분자를 혼합해 안정적으로 수소를 넣고 뺄 수 있는 수소연료 저장체를 만드는 데 성공했다고 밝혔다.
미국 로렌스버클리연구소의 제프리 어반 박사와 공동진행한 이 연구 결과는 과학저널 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’에 실렸다.
수소는 자연계에 풍부하지만 이를 실생활에서 연료전지 등을 통해 에너지원으로 사용하기 위해서는 ‘단위 부피당 낮은 저장 밀도’ 문제를 해결해야 한다. 수소연료전지 승용차가 약 300㎞를 주행하는 데 필요한 4㎏의 수소를 기체 상태로 보관하려면 차 트렁크만한 가스탱크가 필요하기 때문이다.
따라서 세계적으로 수소를 고체 형태로 저장하는 방법이 연구되고 있고 특히 마그네슘은 수소와의 결합력이 뛰어나 수소의 고체 저장체(그릇)로 주목 받고 있다.
그러나 이 마그네슘 저장체 역시 ▦수소를 넣거나 빼는 과정에 매우 높은 온도와 압력이 필요하고 ▦공기에 노출되면 마그네슘에 산화막이 형성돼 수소 결합력이 크게 떨어진다는 점에서 상용화에 어려움을 겪고 있다.
문 교수팀은 우선 마그네슘 입자를 나노미터 단위로 잘게 쪼개 첫 번째 문제를 해결했다. 나노 분말 형태의 마그네슘에는 일반 수소연료전지의 작동 환경인 200~300도 온도에서도 수소 원자를 쉽게 넣고 뺄 수 있었다.
아울러 마그네슘의 산화를 막기 위해 말랑말랑한 고분자 물질로 마그네슘 분말을 뒤덮었다. 고분자 물질은 산소나 수분을 막는 대신 수소는 통과시킨다.
이 마그네슘-고분자 복합체에 수소를 주입한 결과 질량 대비 6%의 저장률을 기록했다. 마그네슘 100㎏을 사용할 경우 6㎏ 정도의 수소를 그 안에 가둬둘 수 있다는 얘기다. 이는 현시점에서 세계적으로 최고 수준의 저장률이라는 게 연구팀의 설명이다.
문 교수는 “이 기술을 활용하면 4㎏의 수소를 이제 트렁크 전체가 아닌 절반 크기 고체 연료 상태로 저장할 수 있다”며 ‘부피가 줄어드는 것뿐만 아니라 고체 저장 방식이 기체나 액체에 비해 안전성 등에서 월등하다”고 설명했다.
