보도자료

생산부터 저장, 활용까지, 수소경제 이끌 나노기술

[2019.04] 김종규 교수, 손준우 교수

전 세계 에너지업계의 가장 큰 화두, 수소경제!

관리자 | 2019.04.15 11:54 | 조회 210


최근 전 세계 에너지업계의 가장 큰 화두는 단연 수소경제다. 수소경제는 말 그대로 수소를 에너지원으로 활용하는 경제 시스템을 뜻한다. 수소는 연소 과정에서 물 이외의 부산물이 배출되지 않는 대표적인 청정에너지로 꼽힌다. 특히 다른 청정 에너지원보다 바람이나 일조량 같은 외부 환경의 제약 없이 에너지를 공급할 수 있다. 

이런 장점 때문에 수소는 지구 온난화 등의 심각한 환경 문제를 일으키는 화석 연료 중심의 에너지 시스템에서 벗어날 수 있는 새로운 미래 에너지원으로 주목받고 있다. 일본과 중국, 유럽 등 세계 각국은 수소 경제를 미래 국가경제의 기반으로 삼기 위해 다양한 노력을 하고 있다.


◇태양광 수소 생산 효율 높이는 나노기술 


가장 각광받는 광촉매 소재는 비스무스 바나듐 산화물이다. 2014년 성균관대학교 화학공학부 박종혁 교수팀과 포스텍 신소재공학과 김종규 교수팀은 텅스텐 산화물의 나노 꼬임 구조에 비스무스 바나듐 산화물을 수 나노미터 두께로 코팅한 물질로 광촉매를 만들었다. 비스무스 바나듐 산화물은 가시광선을 흡수하는 능력이 우수하고, 텅스텐 산화물은 전기적 특성이 좋아 흡수된 태양광으로부터 생성된 전기가 물을 분해하는 데까지 효과적으로 전달될 수 있다. 태양광 흡수 효율과 전기 전달 효율을 동시에 증가시킨 셈이다.


이 촉매를 이용해 일주일간 태양빛 아래에서 물 분해 수소 생산 실험을 진행한 결과, 기존의 광촉매인 티타늄 금속 산화물보다 10배 이상의 수소가 생성됐다. 6%의 효율로, 실용화에 필요한 최소 효율인 10%의 발판을 마련한 것이다. 


◇수소 저장할 더 작고 가벼운 물질 찾는다 


수소를 생산하는 것만큼이나 생산된 수소를 저장하는 일도 쉽지는 않다. 수소는 상온, 1기압에서 기체로 존재하기 때문에 액체 연료와 비교하면 에너지 밀도가 낮고 저장 및 운반이 불편하다는 단점이 있다. 수소경제가 실현되려면 석유처럼 편리하고 안전하며 경제적인 저장 기술이 개발돼야 한다.


먼저 나노 크기의 구조를 갖는 새로운 금속수소화물을 개발 중이다. 2016년 포스텍 신소재공학과 손준우 교수팀은 바나듐 산화물(VO2)을 활용해 수소를 저장할 수 있는 신소재를 개발했다. 백금 나노 입자와 결합한 바나듐 산화물은 구멍이 뚫려 있는 격자 구조로, 여기에 수소가 들어가면 자유자재로 붙거나 떼어질 수 있다. 기존의 금속 수소 저장 소재에 비해 상대적으로 낮은 온도인 120도에서도 수소를 저장하고 방출할 수 있는 장점이 있어 더 안정적으로 수소를 저장할 수 있다. 


물론 수소경제를 뒷받침할 이런 기술들은 아직 발전하는 단계로, 상용화로 이어지기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다. 수소 생산, 저장, 활용까지, 나노 기술과 함께 맞이할 수소 경제 대한민국을 기대해 본다. 


<관련기사> 전자신문 19-04-15



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