"다공성 소재로 운송 중 액화수소 증발 손실 억제한다"

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UNIST·이화여대·뮌헨공대 연구…"수소 저장량 감소는 최소화"

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 다공성 소재를 액화수소 저장 탱크에 넣으면 저장량 감소를 최소화하면서 열로 인한 수소 증발 손실을 억제할 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

29일 울산과학기술원(UNIST)은 화학과 오현철 교수가 이화여대 문회리 교수, 독일 뮌헨공대 박지태 박사와 함께 다공성 물질인 금속 유기 골격체(MOF)로 액화수소 운송·저장 손실을 줄이는 기술을 실험으로 검증했다고 밝혔다.

금속 유기 골격체는 내부에 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 크기의 초미세 기공이 빽빽이 들어찬 합성 물질이다.

연구팀은 이 소재의 기공 안에 수소가 흡착되면 저장 탱크에 열이 들어와도 액화수소가 기체로 빠져나가는 손실을 줄일 수 있다고 봤다.

금속 유기 골격체 벽에 붙잡힌 수소가 떨어져 나오려면 추가적 열이 필요한데, 외부에서 들어온 열의 일부가 여기에 쓰이게 된다.

연구팀은 구멍 부피가 크고 구조가 단단히 유지되는 금속 유기 골격체인 'IRMOF-20'과, 수소가 흡착되면 구멍 크기와 모양이 달라지는 'MIL-53'을 모의실험으로 비교했다. 이러한 구조 차이가 수소를 담을 수 있는 양과 수소가 빠져나오기 시작하는 온도에 어떤 영향을 주는지 확인하기 위해서다.

실험에서 IRMOF-20을 넣은 저장 탱크의 경우 이론상 담을 수 있는 수소 양은 이 소재를 넣지 않았을 때의 약 97%로 큰 차이가 없었다. 반면 수소가 증발해 모두 사라지는 데 걸리는 시간은 약 64일에서 221일로 3배 이상 길어졌다.

연구팀은 소재가 공간을 차지하는데도 저장량이 거의 줄지 않는 것은 구멍 안에 들어간 수소가 액체 상태일 때보다 더 촘촘히 모이기 때문이라고 분석했다.

또 중성자 산란 실험에서 수소가 자유롭게 회전하지 못하는 현상이 확인됐는데, 이는 수소가 기공 안에 조밀하게 모여 있다는 해석을 뒷받침하는 간접 증거라고 연구팀은 설명했다.

다른 MOF 소재인 MIL-53을 넣은 저장 탱크의 경우 수소의 증발량이 줄어드는 효과는 있었지만, 담을 수 있는 수소 양은 소재를 넣지 않았을 때의 절반 수준으로 줄었다.

다만 수소를 더 높은 온도까지 붙잡아 두는 데는 IRMOF-20보다 유리했다.

오현철 교수는 "기공 부피와 수소를 조밀하게 담는 능력, 흡착된 수소가 방출되는 특성을 함께 고려하면 다공성 소재를 넣어도 저장량을 거의 유지하면서 운송 중 증발 손실을 줄일 수 있음을 확인했다"며 "다만 실제 탱크에서도 이런 효과가 나타나는지 추가 실증이 필요하다"고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 지난 7일 자로 게재됐다.

연구는 과학기술정보통신부·교육부 국가연구소 사업과 한국연구재단 지원을 받았다.

yongtae@yna.co.kr

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