UNIST 연구팀 '바닷물로 수소 생산해 저장하는 시스템' 개발
상태바
UNIST 연구팀 '바닷물로 수소 생산해 저장하는 시스템' 개발
  • 정 현 기자
  • 승인 2021.11.29 21:22
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

논문, 국제학술지 ‘JACS Au’ 11월 3일자 게재

[위즈뉴스] 바닷물로 수소를 저장하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

UNIST(총장 이용훈)는 24일, UNIST 에너지화학공학과 연구팀을 비롯해 4개 그룹의 연구진들이 집단 연구를 통해 해수전지 기반 수소저장 시스템을 개발했다고 밝혔다. 4개 그룹 중 수소 생산 및 저장 분야는 UNIST 장지욱 교수 연구팀이, 가스 분석 분야는 UNIST 강석주 교수 연구팀이, 이론 및 해석 분야는 UNIST 서동화 교수 연구팀이, 그리고 전지 분야는 UNIST 김영식 교수와 성균관대 황수민 교수 연구팀이 각각 담당해 공동으로 참여했다. 

왼쪽부터 UNIST 장지욱 교수, 성균관대 황수민 교수, UNIST 강석주 교수, UNIST 김영식 교수, UNIST 서동화 교수 / 사진=UNIST

이번 연구는 수소를 고압에서 압축하거나 저온 액화 시키는 기존 저장기술과 달리 상온 및 상압에서 수소를 저장하고 추출할 수 있는 기술로서, 수소 시대를 앞당길 새로운 수소 저장 기술로 주목받고 있다. 

이번 연구성과를 담은 논문은 미국화학회에서 발행하는 국제학술지 ‘JACS Au’ 11월 3일자에 게재됐다.

논문명은 'Alkali-Metal-Mediated Reversible Chemical Hydrogen Storage Using Seawater'이며, UNIST 장지욱 교수와 강석주 교수, 서동화 교수, 김영식 교수, 성균관대 황수민 교수가 공동교신저자로, UNIST 에너지화학공학과 판카즈 샤르마(Pankaj Sharma) 박사와 한진협 박사, 박재현 석박통합과정생, 김동연 박사가 공동 1저자로 참여했다.

공동연구팀의 장지욱 교수는 “무한한 자원인 바닷물을 이용하는 해수전지 시스템을 활용해 에너지 저장 및 수송과 수소 저장 및 생산이 동시에 가능한 신개념 수소저장기술을 선보였다”며 “이 시스템은 수소 생산과 충전을 동시에 할 수 있는 스마트 스테이션 등 수소 생산·저장·운송이 필요한 다양한 분야에 활용할 수 있다”고 말했다.

국재학술지 'JACS Au' 최신호에 게재된 해당 논문

수소저장 기술은 한 번 반응한 금속의 재사용이 어려운 반면, 이 시스템은 해수전지가 지속적으로 나트륨을 ‘재생’(환원)시켜 사용 가능하다. 수소를 생산·저장 할 수 있는 1석 2조의 EES(에너지저장) 시스템이다. 

현행 수소 저장은 350~700기압(atm) 고압 압축이나 영하 253도의 초저온 액화를 기반으로 해 안전 문제와 더불어 에너지 비용이 높다.

차세대 기술인 알칼리금속 수소저장 기술은 미국 에너지부(DoE)가 제시한 수소 저장체 기준(단위무게, 부피당 수소 저장비 등)을 만족하지만, 화학 반응 중에 알칼리 금속이 지속적으로 소모된다는 문제가 있었다. 

이번 연구에서 개발된 시스템의 경우, 나트륨을 계속 재사용 할 수 있다. 해수전지 충전 중에 알칼리 금속이 재생(나트륨 이온 환원)되고 전기를 뽑아 쓰는 방전 중에 나트륨이 물과 반응하면서 수소가 추출되는 원리다. 

자료이미지=UNIST

[그림설명] 해수전지 수소 저장 시스템 모식도

온-사이트, 온-보드 수소 저장을 위한 해수전지 수소 저장 시스템이다. 이 시스템은 알칼리 금속을 음극으로, 집전장치를 양극으로 하되, NASICON(나트륨 이온만을 통과시키는 분리막)을 중심으로 분리되어 있다. 충전 시 해수전지 음극에서 나트륨 이온이 환원돼 나트륨 금속 형태로 저장되고, 방전 시 나트륨 금속이 나트륨이온이 되면서 해수로 이동함과 동시에 양극에서 수소가 생성된다. 보라색 하늘색 연결선은 각각 전기 에너지와 수소가 해수전지 수소 저장 시스템에서 어떤 식으로 생성·운반되는 지를 보여주는 인프라 구축 설계선이다. 

상용화 가능성도 입증했다. 실제 시스템 작동 환경처럼 산소에 노출된 환경에서 99.1%의 패러데이 효율을 보였으며, 해수전지 크기를 실험실 수준의 약 40배 이상 (70cm2)으로 키운 시스템에서도 94.7%의 패러데이 효율을 기록했다. 패러데이효율이란 총 사용된 전기에너지 중 원하는 반응(본 연구는 수소)에 쓰인 전기에너지의 비율이다.

한편, 해수전지는 바닷물 속 나트륨이온을 산화·환원시켜 전기를 저장하고 뽑아 쓰는 장치다. 일반적인 이차전지(배터리)는 나트륨 대신 리튬을 쓴다. 

이번 연구는 울산시와 UNIST, 기후변화대응기초원천기술개발 과제 등의 지원을 받아 수행됐다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
주요기사