화학연, 전자기파로 가열하는 시스템 개발
촉매만 가열해 에너지 손실 줄여...LOHC 상용화
촉매만 가열해 에너지 손실 줄여...LOHC 상용화
한국화학연구원은 김상준·박지훈 박사, 한정우 서울대 교수 연구팀이 공동으로 화석연료 대신 전기로 촉매를 직접 가열하는 '전자기 유도촉매 가열 시스템'을 적용해 촉매 반응 속도와 수소 추출 효율을 대폭 향상시킨 수소 저장·운송기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
수소는 12대 국가전략기술 중 하나로, 미래 청정 에너지원으로 중요성이 더욱 커지고 있다. 하지만 부피가 크고 폭발 위험이 높아 안전하고 효율적인 저장·운반 기술이 필요하다. 이 가운데 수소를 액체 상태로 상온·상압에서 안전하게 저장·운반할 수 있는 '액상 유기물 수소 운반체(LOHC) 기술'이 주목받고 있다. 기존 석유 인프라를 활용해 운송할 수 있고, 추가 인프라 비용을 절감하는 장점이 있다.
하지만, 액체 상태의 반응물과 고체 상태의 촉매, 기체 상태의 생성물인 수소가 섞이는 복잡한 환경에서 수소를 추출하려면 외부에서 반응기를 가열해야 하기 때문에 에너지 소모가 크고 반응 속도가 느리다는 한계가 있다.
연구팀은 전자기파에 의해 효율적으로 발열되는 특수한 소재인 '티타늄 실리콘 카바이드'를 벌집 모양의 촉매 지지체로 활용해 열 전달 효율을 높였다. 또한 촉매 반응 성능을 향상시키기 위해 백금에 황을 첨가한 촉매를 사용해 적은 발열 에너지로 효율적인 수소 추출이 가능하도록 했다. 전자기파를 이용해 반응 용액 전체를 가열하지 않고, 촉매 자체에 열을 가해 에너지 손실을 줄이고, 반응 속도를 높인 것이다.
그 결과, LOHC 물질에서 수소를 추출하는 기존 외부 가열 방식에 비해 16.4배 빠른 반응 속도와 2배 이상의 높은 수소 추출 효율을 보였다. 또한 200시간 이상 수소를 안정적으로 생산할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 모형 수소차 실험을 통해 3초 이내 수소를 발생시켜 11.34초 만에 수소차 운행이 가능함을 확인했다.
김상준 화학연 박사는 "전기로 촉매를 직접 가열해 기존 기술 대비 월등히 빠른 반응 속도와 수소 추출 효율, 안정성을 확보했다"며 "후속 연구를 통해 수소 기술 상용화를 추진하겠다"고 말했다.
이 연구결과는 에너지 분야 국제 학술지 '줄(8월호)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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