안전성 높인 수소 저장ㆍ운송기술 개발…수소車 상용화 앞당긴다

- 화학硏 박지훈 박사팀, 액체 물질 및 촉매제조 원천기술 확보

[헤럴드경제=구본혁 기자] 최근 전세계적으로 수소자동차 개발이 가속화되고 있는 가운데 국내 연구진이 수소를 안전하게 저장ㆍ운송할 수 있는 기술 개발에 성공했다.

한국화학연구원 박지훈 박사 연구팀은 한양대 서영웅 교수 연구팀, 포항공대 한정우 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 수소를 기존보다 적은 비용으로 간편하고 안전하게 저장ㆍ운송할 수 있는 액체 물질 및 촉매제조 원천기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 

이번 연구성과가 게재된 화학분야 국제학술지 ‘켐서스켐’ 메인 표지 이미지[제공=한국화학연구원]

수소를 활용하기 위해서는 저장과 운송이 용이해야 한다. 수소 저장ㆍ운송 기술로는 초고압으로 압축하거나 액화를 하는 기술이 주로 사용되고 있다. 하지만 운반 과정에서 폭발 위험이 있고, 고가의 특수 장치가 필요하다는 문제가 있다.

이를 극복하기 위해 최근 액체 상태인 화합물에 수소를 저장ㆍ운송하는 액상 유기물 수소저장체(LOHC) 기술이 각광받고 있다. 이 기술을 활용하면 특수한 용기 없이 충전된 수소를 기존 인프라를 이용해 오랜 시간 저장할 수 있고, 더불어 안전하게 운송할 수 있다. 독일, 일본의 글로벌 기업 하이드로지니어스, 치요다는 최근 이 기술에 주목해 수소 운송ㆍ충전소ㆍ에너지저장시스템 등의 상용화를 준비하고 있다. 연구팀은 바로 이 기술 분야에서 새로운 액체 및 촉매 제조 기술, 그리고 공정 전체를 독자 기술력으로 개발했다.

연구팀은 새로운 액체 물질과 촉매를 개발하고 저장 용량과 안정성을 기존 기술만큼 유지하면서 반응 효율을 높이고 수소 생산 비용을 줄였다. 독일, 일본 기술로는 270도 이상의 열을 가해줘야 반응이 일어나 액체에 있던 수소가 나올 수 있다. 연구팀은 이를 230도까지 낮췄으며, 같은 조건에서 2배 이상 빠른 수소 공급이 가능케 했다.

연구팀이 개발한 새로운 수소 저장용 액체 물질은 ‘MBP’다.

수소 저장 물질에 다른 원자를 추가하면 탈수소화 에너지를 줄일 수 있다는 점에 착안, 계산 화학을 통해 물질에 산소, 질소, 인 등의 원자를 추가해보는 컴퓨터 시뮬레이션을 실시했다. 그 결과 수소 저장 물질에 질소 원자가 1개 포함된 고리형 화합물을 추가, 수소를 대용량으로 안전하게 저장할 수 있으면서도 탈수소화 에너지를 줄일 수 있는 화합물인 MBP를 개발한 것이다. 또 값싼 물질로 MBP를 만드는 합성법을 최초로 개발해 LOHC 기술에 적용했다.

연구팀은 현재 상용화까지 가능한 대량 생산 기술을 확보하기 위해 파일럿 규모의 수소 저장체 제조 공정 및 수소 저장ㆍ공급 시스템 연구를 지속하고 있다.

박지훈 박사는 “전세계에서 단 몇 개의 연구팀만 보유한 수소 저장체 및 촉매를 독자적으로 확보한 것으로, 수소 저장ㆍ공급 기술 문제를 극복할 수 있는 방안을 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “향후 상용화를 위한 대량 생산 공정 연구에도 박차를 가할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구성과는 화학분야 국제학술지 ‘캠서스캠’ 2018년 4호 전면 표지논문으로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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