에너지 혁명을 꿈꾼다 수소저장합금

에너지 혁명을 꿈꾼다  수소저장합금

오늘날 인류는 석유와 석탄 같은 화석연료를 주 에너지원으로 사용하고 있다.
하지만 화석연료는 연소시 대기 오염물질을 배출하여 지구환경을 오염시키고, 이산화탄소의 대기중 농도를 증가시켜 지구온난화의 주범으로 지목받고 있다. 최근 선보인 영화 '투모로우'는 지구온난화로 인류 생존이 위협받는 상황을 생생히 보여주고 있다. 또한 화석연료는 가까운 미래에 고갈될 자원으로 수입에 의존하는 나라들은 수급문제와 가격상승 등에 늘 시달리고 있다.
이에따라 고 효율의 환경친화적 에너지 기술개발이 시급한데, 그 중 가장 관심을 끌고 있는 것이 수소에너지 이다.

 

《수소에너지의 장.단점》

수소저장합금

수소는 연소하기 쉬운 기체로 공기나 산소와 접촉하면 쉽게 불이 붙는다. 수소-공기 혼합기체는 작은 불꽃 만으로도 폭발적인 연소반응을 보인다. 때문에 적절한 조건으로 통제하면 매우 효과적인 에너지원이 된다.
수소의 또 다른 장점은 연소시 공해물질이 생기지 않는 청정에너지 라는 점이다. 또한 수소는 지구상에 존재하는 거의 무한한 양의 물을 원료로 만들어 낼 수 있으며, 사용후에도 다시 물로 재순환되기 때문에 고갈될 걱정이 없는 무한 에너지원이다.

하지만 수소는 이같은 장점에도 불구하고 저장문제가 큰 제약요소 이다. 즉, 가장 가벼운 기체인 만큼, 많은 양의 수소를 저장하기 위해서는 150기압 정도의 높은 압력으로 압축해야한다. 이경우 고압으로 인한 안정성이 문제로 대두된다. 부피를 줄이기 위한 방법으로 액체수소를 이용하기도 한다. 이 경우에도 액체가 되는 -253℃ 이하로 온도를 낮추어야 하므로 에너지가 많이 들어가고, 단열이 완벽한 저온용기가 필요하여 경제성에 문제가 있다.

 

《새로운 개념 수소저장합금》

이 난제를 해결 할 방법으로 등장한 것이 '수소저장합금'이다.
원리는 합금의 금속 원자 사이의 빈 공간에 수소를 저장해 두었다가 필요할 때 가열하여 쉽게 사용하는 것이다.
이렇게 수소를 저장할 경우, 앞서 설명한 액체수소나 고압수소에 비해 수소의 밀도를 매우 높일 수 있고, 안정성 또한 문제가 없다.
합금이 대량의 수소를 저장할 수 있다는 사실은 1960년대 후반 네덜란드 필립사가 개발한 란탄-니켈계［La-Ni］ 합금을 통해 처음 알려졌다. 그 이후 지금까지 노력으로 상용화에 가장 가까이 접근한 것은 란탄-니켈계 외 티탄-철［Ti-Fe］합금, 마그네슘-니켈［Mg-Ni］합금, 티탄-망간［Ti-Mn］합금이다. 미국에서 개발한 마그네슘-니켈 합금의 경우 불과 100g 밖에 안되는 합금에 수소가스를 80리터나 흡수할 수 있다. 한되들이로 45병 분이다.

 

《수소저장합금의 응용》

가장 기대를 걸고 있는 분야는 수소저장합금을 장착한 수소자동차의 개발이다. 가솔린 대신 수소저장합금의 수소를 연료로 사용하는데, 현재 미국,일본 등의 선진국에서 연구가 활발히 진행되어 많은 실험 차량들이 제작되고 있다. 우리나라는 1993년 최초의 수소자동차 '성균 1호'가 개발되었다. 넘어야 할 숙제도 있다. 연료통으로 부착한 합금의 무게가 300Kg 정도로 너무 무거워 더욱 가볍고 저장용량이 큰 합금의 개발이 요구되고 있다.
다음으로 유망한 분야는 냉.난방시스템 이다. 기술의 핵심은 수소저장합금의 압력을 낮추면, 저장하고 있던 수소를 내보내고, 이때 주위의 열을 흡수하게 된다. 이런 방법으로 온도를 영하 30도 까지 가능하고, 반대로 수소가 들어올때는 열을 방출하기 때문에 난방기로도 사용할 수 있다. 최근 한국과학기술원과 한 벤처기업이 공동으로 시재품을 선보인 바 있다. 곧 수소저정합금 에어컨이 시중에 등장할 전망이다.
수소저장반응 시 압력변화를 응용한 기계에너지의 이용도 활발히 연구 중이다. 기본적으로 2개의 수소저장합금 장치를 설치, 한쪽을 가열하면 가열된 장치는 수소를 방출하고 다른 한쪽의 장치 쪽으로 흡수되면서 그 사이에 피스톤이 작동한다. 이 방법은 발전에 이용할 수 있고, 압력차를 이용하여 콤프레셔를 만들수도 있다.

 

《수소저장합금의 미래》

수소저장합금의 개발은 아직 초기단계이다. 현재까지 실용성에 가장 큰 걸림돌은 합금의 무게가 무겁고 수소의 방출온도가 높다는 것이다. 따라서 무게를 줄이고 수소방출온도를 낮춘, 성능이 우수한 수소저장합금의 개발 경쟁이 선진국 사이에서 뜨겁다. 아무튼 인류의 에너지 걱정을 덜어낼 수 있는 전기가 수소저장합금에서 마련될 것이라는 전망은 매우 우세하다.

'수소저장합금'과 같은 놀라운 미래 합금기술의 세계!
특수합금에 관심을 갖고 전략품목으로 육성중인 우리회사도 눈여겨 볼 대상이다.