▲ 연구진이 개발한 탄소필름 .

일본 연구진이 개발한 탄소 무기막을 통해 고순도 수소 분리에 나선다. 향후 유기 하이드라이드형 수소스테이션의 상용화에 도움이 될 것으로 보인다.

일본의 산업기술종합연구소(AIST)와 NOK는 지난 9일 유기 하이드라이드에서 연료 전지 자동차 (FCV)용 초 고순도 수소를 분리·정제하는 새로운 분리 기술로 뛰어난 수소 선택성을 갖는 탄소 필름의 개발 및 대형 모듈화에 성공했다고 밝혔다.

일본 경제산업성에 따르면 현재 FCV용 수소비용의 약 60%가 수소스테이션의 정비·운영비로 FCV의 본격 보급과 수소사회 실현을 위한 비용절감 방법으로 AIST와 NOK는 유기 하이드라이드인 메틸시클로헥산을 에너지캐리어로 하는 ‘유기 하이드라이드’형 수소스테이션을 개발하고 있다.

이에 따라 메틸시클로헥산을 탈수소해 생성하는 수소와 톨루엔의 혼합물에서 FCV 용 수소 표준을 만족하는 초 고순도 수소를 정제하는 기술의 개발이 필요하게 됐다.

연구진은 새로운 분리기술로 무기막에 0.3 ~ 0.5nm의 마이크로 기공을 가진 탄소필름을 개발하고 이를 탄소막 모듈에 채용했다.

기존의 수소분리막으로 쓰이던 팔라듐 막 등의 무기 막과 비교하면,이 탄소 필름은 지지 막이 필요없는 자립 막이기 때문에 막 비용이 저렴하고 컴팩트 한 정화 장치 실현에도 도움이 된다.

또한 1m3/h 규모의 수소 정제 능력을 가지고 한번의 분리 조작에 FCV 용 초 고순도 수소의 ISO 표준 순도의 달성이 가능한 분리 성능과 톨루엔 존재 하에서의 장기 안정성을 보였다.

연구진은 또한 개발된 탄소 막 모듈로 수소 정제뿐만 아니라 이산화탄소와 메탄 등 다양한 가스의 분리 정제에 응용이 가능하다고 밝혔다.

NOK는 앞으로 탄소 필름의 수소 정제 능력의 향상, 중공의 양산화 더욱 대형 모듈화 개발을 추진 모듈의 시장 전개를 목표로 할 것이라 이야기 했다.

한편, 유기 하이드라이드는 수소 에너지 캐리어의 일종으로 메틸시클로헥산등 나프텐화합물등이다. 상온상압에서 액체인 특징으로 수소를 화학반응으로 고정하고, 저장, 수송한다. 부피당 수소 밀도가 높고 기존의 석유 유통 인프라로 활용이 가능해 수소의 대량 저장, 장거리 수송 공급에 이점이 있다.

▲ 탄소 막을 이용한 수소 분리 구조.