이 상 문_ 한국기초과학지원연구원 Post Doc
이 진 배_ 한국기초과학지원연구원 선임연구원
홍 원 기_ 한국기초과학지원연구원 기술원
김 해 진_ 한국기초과학지원연구원 책임연구원

I. 서 론

급속한 산업화로 인한 기후변화 및 자원고갈, 환경, 에너지 등 새로운 이슈가 대두됨에 따라 새로운 친환경·재생에너지원의 개발은 매우 중요한 연구 분야가 됐다. 특히 미래 우리의 에너지 시스템은 재생 및 지속 가능하고 효율적이며 편리하면서 안전하고 경제적이기도 해야 한다. 그런 의미에서 수소에너지는 미래 에너지원으로서 신뢰할 수 있고 안정적인 공급과 경제성, 안전하고 효율적인 저장 및 편리성 등으로 인해 현재 석유 경제를 수소 경제로 전환이 가능하도록 해준다.

수소의 저장은 에너지 운반체로써 수소의 생산, 수송과 최종용도로의 응용을 위한 핵심적인 문제이다. 이것은 수소경제실현을 위한 과학기술 중의 하나로 중요한 부분을 담당한다. 수소 저장 분야의 연구 활동은 지난 10년간 많은 발전과 진보가 있었다. 이러한 연구들이 성공적으로 수행된다면 수소는 탄소 배출 없이 지속 가능한 방법을 사용해 생산하므로 현재 석유에 의존해 발생하는 환경 및 기후변화에 대한 문제점들을 극복할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 지정학적으로 편중된 화석연료와 이의 고갈에 대한 불안감을 해결할 수 있을 것이다.

수소는 기체(압축가스), 액체(20K), 고체 매체에 저장될 수 있다. 이들 중 고체매체를 이용한 수소저장은 매우 경제적이고 흥미로운 저장방법이다. 고체의 수소저장매체를 이용한 수소저장은 수소의 안전성 개선, 부피 축소, 에너지 밀도 등의 이유로 특히 관심을 끌고 있다.

새로운 수소 저장 재료에 대한 개발 노력은 가볍고 컴팩트한 형태로 많은 양의 수소를 저장할 수 있는 저장재료에 초점이 맞춰져있다. 특히 연료전지를 이용한 자동차 등의 교통 분야에서 사용할 수 있는 실용적이고 대량 생산이 가능한 수소 저장재료의 개발에 대한 노력들이 진행되고 있다. 차량 탑재형 수소 저장 시스템에 대한 기준은 미국 에너지부(DOE)에 의해 정의 된 6wt%를(2.0kWh·kg-1) 시스템 저장용량으로 삼고 있다. 이는 DOE의 2010년 목표였지만 여러 기술적인 어려움으로 인해 2020년 목표를 4.5wt%(1.5kWh·kg-1)로 수정했다. 그러나 높은 중량 용량 목표 이외에 최소 1.0kWhL-1(0.03kg·L-1)의 체적 에너지밀도, $10kWh-1이하의 순수 저장 시스템 비용을 조건으로 추가했다. 그러나 이러한 목표치는 현재 알려진 수소 저장재료에서는 불가능하다. 이러한 문제의 해결책으로 가장 유망한 방법은 결과적으로 적합한 후보 물질에 대한 검색을 강화하고 새로운 고체 저장재료를 개발하는데 있다.

자세한 내용은 본지 12월호에서 확인하실 수 있습니다.