화학硏, 신개념 수소 저장·운송기술 개발…16.4배 빠르고 효율 2배

전기화 기술로 촉매 반응속도와 수소 추출효율 극대화

신속·안정적 수소공급, 온보드 수소 모빌리티 적용 기대

[대전=뉴시스] 전자기 유도를 활용한 촉매 가열시스템 및 활용 모식도.(사진=화학연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 우수한 수소 추출 효율 및 반응 속도를 보이는 수소관련 기술을 확보했다.

한국화학연구원은 김상준·박지훈 박사가 서울대학교 한정우 교수팀과 함께 화석연료 대신 전기로 촉매를 가열하는 '전자기 유도 촉매 가열시스템(ECIHS)'을 도입해  촉매 반응속도와 수소 추출효율을 대폭 향상시킨 수소 저장·운송 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

청정 에너지원인 수소는 부피가 크고 폭발 위험이 높아 안전하고 효율적인 저장·운반 기술이 반드시 필요하다.
 
액상 유기물 수소 운반체(LOHC) 기술은 수소를 액체상태로 상온·상압에서 안전하게 저장 및 운반할 수 있고 기존 유조차를 활용해 운송 가능, 추가 인프라 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

하지만 기존 LOHC 수소 추출방식은 외부에서 반응기를 가열하는 방식으로 에너지 소모가 크고 반응속도가 느리며 부수 반응이 발생하는 등 문제가 있다.

특히 LOHC 수소 추출방식이 액체상태인 반응물(LOHC)과 고체상태의 촉매, 기체상태의 생성물인 수소가 섞이는 복잡한 상태서 불가피하게 외부에서 촉매를 직접 가열해야 한다.

이번에 공동 연구팀은 '전자기 유도 촉매 가열 시스템' 방식을 도입해 전기로 촉매를 직접 가열, 기존 기술 대비 월등히 빠른 반응속도와 수소 추출효율 및 안정성 등을 확보했다.

전자기파를 이용해 촉매 자체에서 열을 발생시키는 이 방법은 반응용액 전체를 가열하지 않고 필요한 부분만 빠르게 가열해 에너지 손실을 줄이고 반응속도를 향상시킬 수 있다.

이를 위해 연구팀은 전자기파에 의해 효율적으로 발열되는 특수한 소재인 '티타늄 실리콘 카바이드'를 벌집모양의 촉매 지지체로 활용, 열 전달 효율을 높였다.

또한 촉매의 반응성능을 높이기 위해 백금(Pt)에 황(S)을 첨가한 촉매를 사용, 적은 발열 에너지로도 효율적인 수소 추출이 가능토록 했다.

그 결과 LOHC 물질에서 수소를 추출할 때 기존 외부가열 방식 대비 16.4배 빠른 반응속도와 2배 이상 높은 수소 추출효율을 달성했다. 200시간 이상 안정적인 수소 생산을 통해 장기적인 안정성도 입증했다.

연구팀은 모형 수소차 실험을 통해 3초 내에 수소 발생, 11.34초 만에 수소차 운행이 가능함을 확인해 온보드(On-Board) 수소 모빌리티로의 직접 적용 가능성도 입증했다.

화학硏 김상준 박사는 "이번 성과는 액상 촉매반응의 비효율성을 극복하고 수소 경제 핵심기술로 자리잡을 것"이라며 "향후 지속적인 연구를 통해 수소기술 상용화를 추진하겠다"고 말했다.


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