화석연료를 대체할 차세대 청정 에너지원 수소의 저장 능력을 획기적으로 높인 소재가 개발됐다.

한국화학연구원(이하 화학연) 화학공정연구본부 박지훈 박사팀은 서울대 한정우 교수, 고려대 최정규 교수팀과 공동연구로 액상유기물 수소운반체(LOHC)의 성능을 획기적으로 높인 소재를 개발했다고 3일 밝혔다.

LOHC 기술은 상온·상압에서 적은 용량의 액체에 대량의 수소를 담아 통상의 유조차로 운반할 수 있어 안정성과 효율성이 높다.

LOHC의 핵심은 수소를 저장하는 액상 유기화합물 소재로, 소재 특성에 따라 저장용량, 추출성능, 반복사용 안정성 등이 결정된다.

기존 벤젠 기반 LOHC는 수소의 저장·추출에 유리하지만, 물질 다양성이 낮아 성능을 높이는 확장성에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 기존 LOHC 소재에서 수소 저장·추출에 기여하지 못하던 메틸분자를 제어·활용하면 화학반응을 더욱 유리하게 조절할 수 있다는 사실을 발견하고, 새로운 고성능 LOHC 소재를 개발했다.

앞서 연구팀은 2018년 질소를 활용해 성능을 높인 LOHC 소재를 개발한 바 있다. 당시 연구팀은 실험적 결과와 이론적 계산을 바탕으로 질소 이외에는 큰 영향이 없는 것으로 결론냈다.

하지만 최근 연구에서 새로운 합성법을 적용한 결과 메틸 분자가 LOHC 소재의 성능을 높일 수 있음을 확인했다.

연구팀은 메틸 분자를 특정 위치로 조정한 결과 수소 저장속도는 206%, 방출속도는 49.4% 증가한 새로운 LOHC 소재를 개발했다.

아울러 소재가 촉매와 상호작용해 수소가 추출되는 상세한 작용 원리도 규명했다.

이번 연구성과는 메틸분자로 수소 저장체 설계와 최적화에 새로운 방법론을 제시한 것으로 큰 의의를 갖는다.

연구팀은 새로 개발된 LOHC 소재를 활용해 수소자동차에 바로 수소를 공급하거나 수전해 수소의 직접 저장이 가능한 소재 등 후속연구를 진행 중이다.

이영국 화학연 원장은 “이번 성과는 LOHC 기술의 핵심인 저장체 설계 분야에서 세계에서 가장 발전된 개발 기술을 선보인 것”이라며 “이를 계기로 우리나라가 수소경제에서 글로벌 경쟁력을 확보하는 기반을 마련하길 기대한다”고 말했다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com