화학연·서울대, 고효율 수소 추출 공정 개발

한국화학연구원이 서울대학교와 협력해 우수한 추출 효율은 물론 반응 속도까지 확보한 수소 저장·운송 기술을 실증했다.

화학연은 최근 서울대와의 공동연구팀을 통해 ‘액상 유기물 수소 운반체 기술 공정’을 개발했다고 27일 밝혔다.

수소는 연료로 활용하는 과정에서 탄소를 배출하지 않아 친환경 에너지로 꼽힌다.

특히 반응성이 커 고효율 에너지에 속하지만, 동시에 폭발 위험성도 높기에 저장과 운반에 첨단 기술이 필요한 것으로 알려졌다.

정부가 수소 연료 시스템을 12대 국가 전략기술로 선정하면서 최근에는 여러 기관이 수소 인프라의 안정성을 높이기 위한 연구를 지속하고 있다.

현재는 주로 액체 상태의 유기 화합물을 이용하는 ‘액상 유기물 수소 운반체(LOHC)’ 기술이 사용된다.

화합물 내부에 수소를 축적하고 필요시 이를 추출해 사용하기에 폭발 위험성이 낮은 안전한 저장법으로 불린다.

또 수소를 액화하는 등의 다른 방법은 고압의 특수한 환경이 필요한데, LOHC는 상압에서도 온도만 낮다면 수소를 대량으로 저장할 수 있어 경제적이다.

수소 추출 기술을 개발한 한국화학연구원 김상준, 박지훈 박사 연구팀 [한국화학연구원 제공]

다만 안정성을 위해 수소를 화합물의 형태로 저장했기에 추출할 때는 반응기 외부에서 열을 지속적으로 공급할 필요가 있어 속도가 느리다는 한계점이 존재한다.

이에 연구팀은 반응 용액 전체를 가열하지 않고 촉매만 직접 가열하는 방식으로 에너지 손실을 줄이고 반응 속도를 높일 수 있는 새로운 공정을 개발했다.

이는 외부에서 열을 공급하는 대신 전자기파를 이용해 촉매 자체를 가열하며, 원리만 놓고 보면 전자레인지에서 사용하는 것과 같다.

외부 가열 방식은 표면에서부터 열이 전달되기에 모든 수소를 추출하기까지 377분이 걸리지만, 촉매 자체를 가열하는 LOHC는 23분 만에 추출이 끝난다.

이는 추출 시간을 약 16배 단축한 것으로, 연구팀은 기존 방식의 이론상 최대 효율과 비교해도 전자파 가열 방식이 두 배 이상 빠르다고 밝혔다.

특히 시간을 획기적으로 단축하기 위해 전자기파를 더 빠르게 전달하는 특수 소재 ‘티타늄 실리콘 카바이드’를 벌집 모양으로 적용했다는 설명이다.

최종적으로 연구팀이 모형 수소차를 활용해 실험한 결과, 해당 장치가 탑재된 차량은 화합물 운반체를 연료탱크로 사용하더라도 11.34초 만에 시동을 걸 수 있음을 확인했다.

화학연구원 관계자는 “LOHC는 전기를 사용하기에 기존처럼 수소를 추출하기 위해 화석연료를 사용하는 등의 모순이 발생하지 않는다”라고 말했다.

이어 “후속 연구를 통해 수소 기술 상용화를 추진할 것”이라고 덧붙였다.