[더팩트ㅣ울산=손연우 기자] 액화수소 탱크에 다공성 소재를 넣어도 수소 저장량은 거의 유지하면서 기화로 인한 손실을 줄일 수 있다는 연구 결과가 나왔다.
29일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 오현철 UNIST 화학과 교수팀은 문회리 이화여대 교수팀, 박지태 독일 뮌헨공대 박사 등과 함께 금속유기골격체(MOF)를 활용한 액화수소 저장 방안을 수소 흡착 실험과 모의실험으로 검증했다.
액화수소는 탱크에 열이 들어오면 일부가 기체로 변해 빠져나간다. 탱크 안에 다른 소재를 넣으면 그만큼 수소를 담을 공간이 줄어드는 것도 문제다.
연구팀은 미세한 구멍이 많은 MOF에 수소를 흡착시키면 저장량 감소를 줄이면서 기화 손실을 늦출 수 있는지 살폈다.
시험에 사용한 소재는 기공 부피가 크고 구조가 단단한 'IRMOF-20'과 수소를 흡착하면 기공의 크기와 모양이 변하는 'MIL-53'이다. MOF에 붙잡힌 수소가 떨어져 나오려면 열이 더 필요하다. 탱크로 들어온 열의 일부가 이 과정에 쓰이면 수소가 기체로 빠져나가는 속도도 늦출 수 있다.
IRMOF-20을 적용한 모의실험에서는 소재를 넣지 않은 탱크와 비교해 이론상 수소 저장량의 약 97%를 유지했다. 반면 수소가 모두 소진되는 데 걸리는 기간은 약 64일에서 221일로 늘었다.
MOF가 차지하는 공간에도 저장량이 크게 줄지 않은 것은 기공 안에 수소가 조밀하게 모이기 때문으로 연구팀은 해석했다. 실제 흡착량과 기공 부피로 계산한 수소 밀도는 액체수소보다 높았다. 중성자 산란 실험에서도 기공 안 수소의 회전 운동이 제한되는 현상이 관찰됐다.
MIL-53은 수소를 더 높은 온도까지 붙잡아 두는 데 유리했지만 저장량은 소재를 넣지 않았을 때의 절반 수준이었다. 기화 손실을 줄이는 성능만큼 수소를 얼마나 담을 수 있는지도 소재 선택의 중요한 조건인 셈이다.
오현철 교수는 "기공의 부피와 수소를 조밀하게 담는 능력, 흡착된 수소가 방출되는 특성을 함께 고려하면 저장량을 거의 유지하면서 운송 중 증발 손실을 줄일 수 있음을 보여줬다"고 말했다.
이어 "97% 저장량과 221일 소진 기간은 실제 탱크에서 측정한 값이 아니다"며 "소재가 낼 수 있는 이론적 최대 성능을 기준으로 계산한 결과"라며 실제 탱크에서 효과를 확인하는 실증이 필요하다"고 설명했다.
UNIST 박재우 연구원이 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 지난 7일 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 실렸다.
newsbu@tf.co.kr
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