화학연·서울대·고려대, 세계 최고 수소 저장 소재 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 안전하게 저장하고 고효율로 추출 가능한 세계 최고 수준의 수소 저장 소재를 개발했다.

한국화학연구원은 박지훈 박사 연구팀이 서울대 한정우 교수, 고려대 최정규 교수 연구팀과 함께 가장 안전한 수소 저장 기술로 알려진 ‘액상유기물 수소운반체(LOHC)' 기술의 획기적 성능과 확장성까지 확보한 혁신적인 수소 저장 소재를 개발했다고 3일 밝혔다.

수소는 온실기체의 배출이 없는 청정한 에너지임에도 부피가 상대적으로 크고 위험한 물질이기에 얼마나 많은 양의 수소를 안전하게 운반하는지가 수소에너지 경제 전환의 핵심이면서 큰 숙제였다.

이에 대한 해답이 바로 LOHC 기술이다.

LOHC 기술은 상온·상압에서도 적은 용량의 액체에 대량의 수소를 담아 운반 안정성과 효율이 높다.

또 수소가 충전된 액상 유기물을 기존 활용 유조차로 운반하면 되므로 수소 도시를 위한 에너지 인프라 구축 비용도 경제적이다.

하지만 기존 LOHC 연구는 기본적으로 탄소 육각 고리 구조인 ‘벤젠’을 기반으로 해 수소 저장·추출에 유리하나 물질 다양성이 낮아 성능을 높이는 확장성에 한계가 있았다.

이에 연구팀은 기존 알려진 LOHC 소재에서 수소 저장·추출에 기여하지 못하던 메틸 분자(CH3)를 제어하고 활용하면 화학반응을 더욱 유리하게 조절할 수 있다는 사실을 발견, 기존 대비 뛰어난 성능의 새로운 LOHC 소재를 개발했다.

연구팀은 기존 혼합물 형태의 LOHC 소재와 달리 순수한 조성의 소재를 얻을 수 있는 합성법을 활용해 메틸 분자의 위치를 특정한 위치로 조정할 수 있었다.

또 이러한 사실을 바탕으로 수소 저장 및 방출 속도가 각각 206% 및 49.4% 증가한 새로운 LOHC 소재를 개발하고 소재가 촉매 물질과 상호작용하여 수소가 추출되는 세부 작용에 대한 상세한 원리를 규명했다.

이러한 연구 성과는 메틸 분자의 역할을 통해 손쉽게 더 좋은 물질을 개발할 수 있는 방법을 찾아낼 수 있고 이를 통해 수소 저장체의 설계와 최적화의 새로운 방법론을 제시했다는 데에 큰 의의가 있다.

연구팀은 개발된 LOHC 소재를 활용해 수소 모빌리티에 직접 안전한 수소를 공급하거나 수전해 수소의 직접 저장이 가능한 소재 등 수소 사회 구현을 위한 맞춤형 LOHC 기술도 후속 연구 중이다.

이영국 화학연 원장은 “이번 성과는 LOHC 기술의 핵심인 저장체 설계 분야에서 세계에서 가장 발전된 개발 기술을 선보였다는 점에서 큰 의미가 있다"며 "이를 계기로 수소 경제에서 우리나라가 경쟁력을 확보하기 위한 탄탄한 기반이 되기를 희망한다”고 말했다.

이번 연구 성과는 에너지 분야의 권위지 ‘에너지 스토리지 머트리얼'과 환경·에너지 촉매 분야 권위지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 환경 & 에너지'에 지난 3월 게재됐다.

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