기존의 수소 저장 방법과 달리 많은 양의 수소를 안전하고 효율적으로 저장할 수 있는 고밀도 수소저장기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
이에 따라 미래 에너지원인 수소를 고밀도로 대용량 저장할 수 있는 길이 열려 수소 에너지 사용의 효율과 경제성이 획기적으로 높아질 전망이다.
특히 수소 연료를 이용한 대중교통 수단의 활용에 있어 중요한 도전 과제인 수소저장 문제를 해결할 수 있는 가능성을 제시했다는 점에서 주목된다.
UNIST(울산과학기술원)는 화학과 오현철 교수는 13일 보통의 대기압에서도 수소를 고밀도로 저장할 수 있는 나노다공성 수소화붕소마그네슘 구조(Mg(BH4)2)를 제시했다고 밝혔다.
수소는 차세대 무한 청정 에너지로 주목받고 있음에도 분자 간 상호작용이 매우 약해 실제 사용을 위한 대용량 저장은 어렵다는게 저간의 사정이다.
가령 같은 부피에 압력을 700기압까지 크게 높여주거나 온도를 영하 253도까지 낮추면 대용량 저장이 가능하지만 효율성이 떨어졌다.
이에 반해 오 교수팀이 개발한 나노다공성 수소화붕소마그네슘 구조는 수소를 저장하거나 운송하는데 문제가 되는 낮은 수소 저장용량을 고밀도 흡착기술로 개선하는 방법으로 한계를 극복했다.
연구팀은 이미 수소를 함유한 고체 수소화붕소((BH4)2)와 금속 양이온 마그네슘(Mg+)으로 나노다공성 복합 수소화물인 수소화붕소마그네슘을 만들었다고 설명했다.
이렇게 개발된 소재 안에 저장된 수소는 5개의 수소 분자가 입체적으로 정렬된 형태로 저장되고 있음을 확인했다.
수소를 고밀도로 저장할 수 있는 것이다. 실제 연구팀이 제시한 소재는 기공의 부피당 144g/L의 수소를 저장할 수 있다.
이는 기체의 수소 분자를 액체 상태로 저장하는 방식(밀도 70.8g/L)보다 2배 이상 높다. 수소 분자가 단단한 고체 상태(밀도 86g/L)보다 높은 밀도로 존재하는 것이다.
연구팀은 또 많은 양의 수소가 기공 안에 어떻게 존재할 수 있는 지에 대해 다양한 분석기법(중성자 산란법, 극저온 부피측정법, DFT계산 등)을 활용해 정확한 분자 위치 등을 밝혀냈다.
오 교수는 "현재 기술로는 달성하기 어려운 용적 기준의 저장 밀도를 향상시켰고 수소 에너지 사용의 효율성과 경제성을 높일 수 있는 중요한 진전"이라고 설명했다.
이번 연구 결과는 화학 분야 세계적 권위의 국제학술지인 네이처화학(Nature Chemistry)에 지난 6일 온라인 게재됐다.
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