수소의 흡착비율이 증가하면서 흡착에너지가 서서히 감소하고 있는 것을 보여주고 있다. /사진=한국연구재단이산화탄소 방출이 없어 미래 청정에너지로 주목받는 수소. 그러나 폭발의 위험과 낮은 경제성이 상용화에 걸림돌이 되고 있다.
한국연구재단은 홍지상 교수(부경대) 연구팀이 2차원 물질인 C2N를 이용해 수소에너지를 기존보다 안전하게 저장할 수 있는 이론적 방법을 개발했다고 밝혔다. 2차원 물질은 물질의 결정구조가 원자들 한 층으로 되어 있어 층과 층 사이의 상호작용이 매우 약하여 손쉽게 떼어낼 수 있다. C2N는 탄소와 질소로 이루어진 물체로서 벌집모양의 구조를 가지고 있다.
연구팀은 수소 저장 그릇 역할을 하는 C2N에 리튬(Li)을 도핑한 경우 C2N과 결합하는 리튬의 결합에너지가 매우 커서 수소가 안정적으로 결합되고 기존에 문제가 되었던 리튬 뭉침 현상을 해결할 수 있다는 결과를 이론적으로 얻었다.
이론적 분석 결과, 최대수소흡착비율이 13% 정도로 나타났다. 이는 기존의 다른 물질들과 비교할 때 30~40% 이상 향상된 결과이다. 저장된 수소를 활용할 수 있는 실제 활용 용량값도 10% 정도로 나타났다. 실제 활용용량은 흡착된 총 수소분자의 양 중에 얼마나 많은 수소를 실제 활용할 수 있는가를 나타내는 값이다.
홍지상 교수는 “이 연구는 기존의 수소저장과 관련된 문제점을 해결하면서 안전하게 수소에너지를 저장할 수 있는 이론을 제시했다”면서 “고체상태의 물질로 안정적인 수소 저장 방안을 보여 이론을 검증하기 위한 활발한 연구를 유도할 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다. 미래창조과학부·한국연구재단이 지원하는 기초연구지원사업(개인연구)의 지원을 받은 이번 연구 결과는 영국의 에너지 관련 분야 국제 학술지인 저널 오브 머티어리얼 케미스트리 A (Journal of Materials Chemistry A) 2월 5일자에 게재되었다.
부경대 홍지상 교수/사진=한국연구재단
