초미세 유기구조체로 '수소'를 꽉~!
초미세 유기구조체로 '수소'를 꽉~!
  • 박연수
  • 승인 2018.03.16 14:52
  • 조회수 2110
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수소는 어디에나 존재하는 풍부한 자원입니다. 산소와 반응시켜 전기를 생산하면 물만 배출하는 무공해 에너지원이기도 하죠. 하지만 수소를 저장해두고 사용하기는 어렵습니다. 수소는 영하 253도부터는 기체가 되고 매우 가볍기 때문입니다.

 

까다로운 수소. 출처: fotolia
까다로운 수소. 출처: fotolia

최근 백종범 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수팀은 세 방향으로 성장시킨 '초미세 유기구조체(3D-CON)'를 개발해 수소를 효과적으로 저장하는 방법을 제안했습니다. 무한하고 청정한 수소를 저장하는 새로운 기술이 개발된 겁니다.


 

백종범 교수는 "수소는 너무 가벼워 어떤 소재로 탱크를 만들어도 빠져나는데, 이를 막으려면 발목에 모래주머니를 채우듯 다른 물질을 써서 수소를 붙잡아야 한다"며 "오랫동안 다양한 물질이 제안됐지만 안정성 측면에서는 유기 물질이 유리하며, 특히 이번 물질은 수소 흡착 능력도 최고 수준을 보였다"고 강조했습니다.

 

3D - CON 구조 모식도 및 방향에 따른 이미지. 출처: UNIST
 3D - CON 구조 모식도 및 방향에 따른 이미지. 출처: UNIST

백 교수팀은 방파제로 쓰이는 테트라포드 모양의 분자와 육각형 고리 모양 분자를 반응시켜 '3D - CON(cage - like organic network)' 유기구조체를 얻어냈습니다. 두 분자가 반응을 시작하면 새장처럼 구멍이 뚫린 유기구조체가 형성된다고 합니다.

 

이 물질은 아주 미세한 공기 구멍을 잔뜩 가져 수소나 메탄, 이산화탄소 등의 기체를 흡착하는 성능이 탁월합니다. 기존 3차원 유기구조체와 달리 분자들이 육각형 사다리 모양으로 결합돼 구조적으로도 안정적이라고 합니다. 또한 수분에 반응하지 않고 600도의 고온에서도 견디기 때문에 상용화 가능성도 높죠.

 

기체 흡탈착 그래프 및 수소 흡착량 비교. 출처: UNIST
기체 흡탈착 그래프 및 수소 흡착량 비교. 출처: UNIST

기체 흡착 실험 결과(일반 기압(1bar), 영하 196℃(77K)) 3D-CON의 수소 저장 성능은 2.6wt%였습니다. 이건 이 물질 1g에 수소 0.026g을 저장할 수 있다는 의미라고 합니다. 압력을 더 높이자(59bar), 미국 에너지부(DOE)에서 2020년 목표로 지정한 수소 저장 성능인 5.5wt%를 넘어섰습니다. 지금까지 보고된 유기 다공성 물질 중에서는 가장 높은 성능 수치입니다. 

 

고압 흡착 실험은 한국기초과학지원연구원에서도 똑같이 진행해 성능 인증서를 획득했습니다. 이번 연구는 화학분야의 세계적 권위지인 <Angewandte Chemie>에 발표됐습니다.



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