[신기술소개] 얼음 입자를 이용한 수소 저장 기술

연료전지가 휴대용 발전기에 적용 및 실용 가능성이 크다는 것을 보여주고 있다[Nature, Vol. 435, p.

795(2005)].

얼음 입자를 이용한 수소 저장 기술

수소 에너지는 연소 후 물만 생성하는 무공해 에너 지이며 연료전지에 직접 쓰일 수 있기 때문에 이를 생 산하고 저장하는 기술을 세계적으로 많이 연구하고 있다.

특히 수소를 저장하기 위해서는 350기압 이상의 높 은 압력이 필요하거나, 낮은 온도에서 액화시켜야만 했다. 이러한 극저온과 초고압의 저장 조건으로 인해 발생하는 기술적 문제들이 있었다.

이런 상황에서 한국과학기술원의 이흔 교수팀은 특 정한 온도와 압력 조건에서 물 분자들은 수소 결합에 의해 나노 크기의 수많은 빈 공간을 형성하고 그 빈 공간에 수소를 안정적으로 저장할 수 있음을 보고하 였다.

순수한 물로 형성된 얼음 입자에는 수소를 저장할 수 있는 빈 공간이 존재하기 어렵지만 순수한 물에 미 량의 유기물을 첨가하여 얼음 입자를 형성할 경우 내 부에 수많은 나노 공간이 만들어지며, 이 공간 안에 수소가 안정적으로 저장되는 현상이 나타난다[그림 1]. 특히 비교적 낮은 압력 조건과 상온에 가까운 온 도 조건에서 수소를 저장할 수 있으며, 수소를 저장하 고 있는 얼음 입자가 물로 변하게 될 때 수소가 자연 적으로 방출되게 된다[그림 2]. 이러한 수소의 저장과 방출은 짧은 시간 내에 단순한 과정으로 진행된다. 더 욱이 수소를 저장하는 매체로 물을 사용함으로써 지 금까지 알려진 저장합금이나 탄소나노튜브 등의 수소 저장 재료와는 달리 거의 무한대로 얼음 입자를 반복 해 활용할 수 있을 뿐만 아니라 필요시 방대한 얼음 입자로 이루어진 공간에 수소를 대규모로 저장할 수 있다.

만일 물로부터 수소를 생산하고, 생산된 수소를 얼 음 입자에 저장한 후 필요한 시점에 연소시키거나 연 료전지에서 사용하면 다시 수증기가 만들어지게 된다.

이흔 교수는 “이렇게 물, 얼음, 수증기로 이루어지는 수소의 순환 시나리오를 제시할 수 있으며 앞으로 이 412 … NICE, 제23권 제4호, 2005

신·기·술·소·개

V o ltage (V) P o w er output (mW) P o w e r density (mW cm

)

Current density (mA cm

)

Current (mA)

V oltage (V)

2-cell stack Single cell C

H

:40 SCCM

C

H

:35 SCCM C

H

:32 SCCM

0 200 400 600 800 1,000 1,200

0 200 400 600 800 1.6

1.2

0.8

0.4

0.0 0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

250 200 150 100 50 0

400

300

200

100

0

V o ltage (V) P o w e r density (mW cm

)

Current density (mA cm

) C

H

:40 SCCM

C

H

:35 SCCM C

H

:32 SCCM

0 200 400 600 800 1,000 1,200 0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

250 200 150 100 50 0

그림 4. 마이크로 고체 산화물 연료전지의 성능.

를 완성하기위한 체계적이고 과학적인 접근이 필요할 것으로 판단된다”고 말했다.

지구상 가장 보편적이고 풍부한 물질인 얼음 입자 에 수소를 직접 저장할 수 있는 메커니즘이 밝혀짐에

따라 앞으로 수소 에너지를 이용하는 수소자동차, 연 료전지 개발에 획기적인 전기를 마련한 것으로 보인 다[Nature, Vol. 434, p. 743(2005)].

NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 23, No. 4, 2005 …

신·기·술·소·개

그림 1. 얼음 입자내 수많은 빈 나노공간에 갇혀 저장된

수소분자들. 그림 2. 얼음 입자로부터 방출되는 수소.