▲ 교토대학 연구진이 개발한 수소 저장 기술의 이미지 (출처 : 교토대학).

일본 연구진이 하나의 촉매로 수소 저장 및 방출을 할 수 있는 이리듐촉매를 이용한 수소저장시스템을 개발했다.

교토대학교는 후지타켄이치 인간·환경학 연구과 교수와 연구그룹이 이리듐 촉매를 이용해 안전하고 높은 효율성을 가지는 수소저장시스템을 개발했다고 최근 밝혔다.

저탄소사회 실현의 이상적인 에너지원으로 주목 받는 수소는 전기에너지를 비롯한 다른 에너지로의 변환이 쉽고, 이산화탄소의 방출이 없이 에너지를 만든다는 특징이 있다.

하지만 수소가 가지는 성질인 폭발성으로 인해 안전하며 효율적인 저장기술이 필요하기 때문에 관련 연구가 활발하다. 그중 기체수소를 유기화합물에 흡수시켜 특수촉매를 이용해 수소를 추출하는 ‘유기하이드라이드’ 기술이 주목을 받고 있다. 상온·상압에서 수소를 운송하고 저장할 수 있어 대량의 수소를 저렴한 비용으로 장거리 운반을 할 수 있기 때문이다.

하지만 이러한 기존 ‘유기하이드라이드’방법에 사용되는 촉매들은 수소를 방출하기 위한 탈수소화 반응에 200도 이상의 고온이 필요했다.

이에 일본 연구진들은 손에 넣기가 쉽고 취급 측면에서 큰 문제가 없는 유기하이드라이드 분자의 후보가 될 수 있는 화합물을 탐색하고 ‘디메틸피페라진’이라는 화합물을 찾았다.

이 화합물은 지금까지 일본 연구 그룹이 개발해온 이리듐 탈수 소화 촉매를 이용하는 것으로, 3분자의 수소를 방출하면서 디메틸피라진로 변환된다.

반대로 수소를 저장하는 수소화 반응에서는 이리듐 촉매를 사용해 종래의 방법보다 저압의 조건인 15기압에서 진행이 가능하다.

안전하면서도 취급이 쉬운 화합물로 저장이 가능하며 수소를 꺼낼 필요가 생겼을 때는, 촉매 적 탈수 소화 반응에 의해 수소를 얻을 수 있다.

또한 기존에 수소반응에 사용되던 용매의 사용량이 훨씬 적고, 용매가 없어도 어느 정도 효율적으로 반응이 진행되는 특징도 있다.

해당 수소저장 시스템에서는 유기하이드라이드 분자와 용매의 총 100g당 3.8g의 수소를 저장하며 용매를 사용하지 않는 경우 4.1g을 저장할 수 있다.

연구 그룹은 “수치는 지금까지보고 된 질소를 포함하는 유기 화합물을 이용한 수소저장시스템에 비하면 훨씬 낮지만, 실질적인 수소 저장 시스템으로 발전시키기 위해서는 100g 당 5g을 초과하는 저장량을 가지는 새로운 유기 하이드 라이드 분자를 탐색하는 동시에 보다 높은 활성 촉매를 개발할 필요가 있다”고 밝혔다,

이어 “해당 방법으로 실험결과 4번의 반복실험까지 이리듐의 촉매 성능 저하가 없었고, 수소의 저장과 방출에서도 거의 100%의 효율을 보였다”며 “용매의 사용량을 저감 할 수 있는 실용적인 저장 시스템의 기반이 될 것”이라고 전했다.