한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구센터 김용민 박사팀이 동일한 조건에서 수소운반체와 수소 추출용 촉매를 효과적으로 선별할 수 있는 플랫폼을 개발했다
지금까지 수소운반체 후보 물질들은 각기 다른 조건에서 성능이 평가되어 직접적인 성능비교가 불가능했다.
수소는 기체 상태에서 단위 부피당 저장할 수 있는 에너지가 적기 때문에 암모니아 또는 액상유기물수소운반체(LOHC) 등 액체기반에 수소를 담는 방법이 연구되고 있다.
상온 및 대기압에서 안전하게 운반할 수 있으면서 필요한 위치에서 추출해서 사용할 수 있기 때문이다.
다만 아직까지 액상수소 운반체는 다양한 후보물질에 관한 연구가 진행되고 있으나 정량적인 비교지표가 없다.
즉, 각기 다른 조건에서 성능이 평가되어 직접적인 성능비교가 불가능했다.
연구팀은 우수한 후보 물질을 채택할 수 있도록 여러 종류의 LOHC의 수소추출성능을 동일한 조건에서 다각도로 분석할 수 있는 플랫폼을 개발했다.
다양한 LOHC를 촉매 농도, 반응물 농도, 온도 및 압력 등 추출 조건을 달리해가며 반자동으로 분석할 수 있는 장치와 프로세스를 만들었다.
개발 플랫폼을 통해 여러 물질 및 촉매의 수소 추출 속도 등의 성능지표를 명확하게 비교 분석할 수 있게 됐으며, 수소운반체와 수소 추출용 촉매도 효과적으로 선별할 수 있게 됐다.
연구팀은 LOHC들 중 가장 상용화 가능성이 크다고 여겨지는 물질들을 선정해 수소 추출 촉매반응 특성도 평가했다.
메틸시클로헥산(MCH) 분석 결과, 수소 추출 시 부산물이 적고 반응속도가 가장 빨라 곧 상용화가 가능한 단계로 평가됐다.
모노벤질톨루엔(MBT)은 열전달 매체로서 경제성이 높으면서 반응속도, 안전성 등의 장점을 지니고 있어 향후 LOHC로의 활용 가능성이 높은 것으로 판단됐다.
KIST에서 개발한 바이페닐 기반 LOHC는 같은 조건에서 다른 LOHC와 비교해 20% 이상 빠른 수소 추출 속도를 보이는 것으로 확인됐다.
연료통의 크기가 제한되고, 빠른 수소 추출이 필요한 수소자동차와 수소열차 등에 적용하는 데 유리할 것으로 전망된다.
개발된 플랫폼은 LOHC 뿐만 아니라 수소 추출용 촉매도 평가할 수 있다.
국내 연구팀 및 기업들과의 협업을 통해 개발된 촉매들의 수소 추출 성능을 평가하는 데 활발히 응용될 것으로 보인다.
이번 개발로 여러 후보군 중 우수한 수소운반체와 촉매를 효과적으로 채택하는 데 활용될 수 있을 것으로 전망되고 있다.
연구팀은 “LOHC 기술의 조기 상용화를 위해 국내, 일본 및 독일의 산학연 컨소시엄 구축도 준비하고 있다”고 밝혔다.
이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지 컨버전 & 매니지먼트’ 최신호에 게재됐다
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