증발해 사라지던 액화수소, 탱크 안에 '이것' 넣었더니?

다공성소재 넣어 액화수소 운반량은 유지, 기화 손실만 줄여

UNIST·이대·유럽 연구진, MOF 액화수소 증발 손실 완충재로

액화수소가 열을 받아 기체로 날아가는 문제를 다공성 소재로 줄일 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

특정 소재를 적용하면 수소가 모두 증발하는 데 걸리는 시간이 64일에서 221일로 늘어나는 것으로 분석됐다.

UNIST 오현철 교수와 이화여대 문회리 교수, 독일 뮌헨공대 박지태 박사 공동 연구팀은 금속유기골격체(MOF)를 활용해 액화수소의 증발 손실을 막는 모의실험에 성공했다고 전했다.

연구진, (좌측부터) UNIST 오현철 교수, 독일 뮌헨공과대학교 박지태 박사, 이화여자대학교 문회리 교수, UNIST 박재우 박사. UNIST 제공

연구팀은 나노 크기의 구멍이 빽빽한 MOF 소재를 저장 탱크 내부 채웠다. 나노 기공에 들어간 수소 입자는 외부 열을 흡수해도 쉽게 기체로 변하지 않는다. 수소가 소재 벽면에서 떨어져 나오려면 별도의 열에너지가 소모되기 때문이다.

실험 결과 'IRMOF-20' 소재를 적용한 탱크는 수소가 모두 증발하는 데 걸리는 시간이 기존 64일에서 221일로 늘어났다. 보관 기간이 3배 이상 증가한 셈이다. 탱크 내 수소 저장량도 기존의 97% 수준을 유지했다. 수소 입자가 기공 내부에서 액체 상태보다 밀도 높게 모인 덕분이다.

연구그림, 다공성 소재인 MOF를 활용한 액화수소 증발손실(boil-off) 저감 원리.

오현철 UNIST 교수는 "기공의 부피와 수소를 조밀하게 담는 능력, 흡착된 수소가 방출되는 특성을 함께 고려하면 다공성 소재를 넣어도 저장량을 거의 유지하면서 운송 중 증발 손실을 줄일 수 있음을 보여줬다"고 말했다.

오 교수는 "다만 소재가 낼 수 있는 이론적 최대 성능을 기준으로 계산한 결과인 만큼 실제 탱크에서도 이런 효과가 나타나는지 추가 실증이 필요하다"고 말했다.

이번 연구에는 UNIST 박재우 연구원이 제1저자로 참여했으며, 프랑스 라우에-랑주뱅 연구소(Institut Laue-Langevin)의 모니카 히메네스-루이스(Monica Jim?nez-Ruiz) 박사와 독일 헬름홀츠 베를린 연구소(Helmholtz-Zentrum Berlin)의 마르가리타 루시나(Margarita Russina) 박사 등이 함께했다.

연구 수행은 과학기술정보통신부·교육부 국가연구소(NRL 2.0) 사업 '멀티스케일 물질·시스템 연구소', 한국연구재단 BrainLink 사업 (한?EU 글로벌 수소 연구교류·첨단인력양성 사업단)의 지원을 받았다.

연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 9월 7일 자로 게재됐다.

영남취재본부 김수로 기자 relationship6007@asiae.co.kr