‘미래 에너지원’ 수소 더 작은 공간에 더 많이 저장할 방법 찾았다

UNIST 연구진, 액화수소 밀도 대비 2배 이상 높은 효율 달성
대용량 수소 저장 상용화 가능성 확인

오현철 울산과학기술원(UNIST) 화학과 교수 연구진이 보통의 대기압에서도 수소를 고밀도로 저장할 수 있는 나노다공성 수소화붕소마그네슘 구조를 발견했다./울산과학기술원(UNIST)

국내 연구진이 미래 에너지원인 수소를 지금보다 작은 공간에 더 많이 저장할 방법을 찾았다. 수소를 저장하거나 운송하는 데 문제가 되는 낮은 수소 저장용량을 고밀도 흡착 기술로 개선해 대용량으로 수소를 저장할 방법을 찾은 것이다. 수소를 고밀도로 저장할 수 있어 수소 에너지 사용의 효율과 경제성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

오현철 울산과학기술원(UNIST) 화학과 교수는 13일 보통의 대기압에서도 수소를 고밀도로 저장할 수 있는 나노다공성 수소화붕소마그네슘 구조를 확인했다고 밝혔다.

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 가능하나 효율이 충분하진 않았다.

연구진은 수소를 함유한 고체 수소화붕소와 금속 양이온 마그네슘(Mg+)으로 나노다공성 복합 수소화물인 수소화붕소마그네슘을 만들었다. 이렇게 개발된 소재 안에 저장된 수소는 5개의 수소 분자가 입체적으로 정렬된 형태로 저장되고 있어 수소가 고밀도로 저장된다.

연구진이 개발한 이 소재는 기공에 1L당 144g의 수소를 저장할 수 있다. 이는 기체의 수소 분자를 액체 상태로 저장할 때 1L당 70.8g 저장되는 것과 비교해도 2배 이상 저장밀도가 높다. 또 수소가 단단한 고체 상태(1L당 밀도 86g)보다 높은 밀도로 존재하는 것이다.

연구진은 중성자 산란법과 극저온 부피측정법을 이용해 많은 양의 수소가 기공 안에 존재하기 위한 정확한 분자 위치를 밝혔다.

오현철 교수는 “기존의 수소 저장 방법과 달리 많은 양의 수소를 안전하고 효율적으로 저장할 수 있는 잠재력을 가지고 있다”며 “수소 연료를 이용한 대중교통 수단의 활용에 있어 중요한 도전 과제인 수소 저장 문제를 해결할 수 있는 가능성을 제시했다”고 말했다. 오 교수는 “현재 기술로는 달성하기 어려운 용적 기준의 저장 밀도를 높였고, 수소 에너지 사용의 효율성과 경제성을 높일 수 있는 중요한 발전”이라고 덧붙였다.

이번 연구 결과는 화학 분야의 국제 학술지인 ‘네이처 화학(Nature Chemistry)’에 이달 6일 온라인 게재됐다.

참고 자료

Nature Chemistry(2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-024-01443-x

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