수소를 안전하게 드라이아이스처럼 저장

■ 수소를 안전하게 드라이아이스처럼 저장

 

드라이아이스와 유사한 형태를 띤 고체 물질인 '가스 하이드레이트'(Hydrate)에 수소와 천연 가스를 함께 저장함으로써 수소 운송 및 저장의 안전성과 경제성을 동시에 확보할 수 있는 기술이 개발됐다. 광주과학기술원 (GIST) 지구 환경 공학부 박영준 교수와 한국과학기술원 (KAIST) 이재우 교수 공동 연구팀은 90기압 이하의 낮은 압력에서 물과 천연 가스를 이용해 수소를 저장할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다고 2019년 06월 12일 발표했다.

 

연구팀은 물을 일종의 얼음 형태인 가스 하이드레이트(Hydrate)로 만들고 여기에 천연 가스 (메탄 및 에탄)와 함께 수소를 주입해 수소 저장 밀도를 획기적으로 개선하는 동시에 저장 압력을 90 기압 이내로 낮출 수 있게 됐다고 밝혔다. 가스 하이드레이트(Hydrate)는 저온 고압의 상태에서 천연 가스가 물 분자와 결합해 형성된 고체 상태의 결정으로 드라이아이스와 비슷하다.

 

수소는 단위 부피당 매우 낮은 에너지 밀도를 갖는 특성 때문에 일반적으로 500 기압 이상으로 압축해 수소 충전소에 저장한다. 안전성과 경제성을 동시에 확보하기 위해서는 저장 압력은 낮추면서도 저장 용량은 늘리는 기술 개발이 요구된다.

 

연구팀에 따르면, 기존에 수소만을 이용한 가스 하이드레이트(Hydrate) 저장 방법은 수천 기압이 필요했으나 천연 가스가 수소와 함께 주입될 경우, 천연 가스가 일종의 열역학적 형성 촉진제로 작용해서 저장 압력이 90기압까지 낮아진다는 사실을 확인했다. 특히 천연 가스와 수소를 함께 저장한다는 특성 때문에 천연 가스 배관망을 활용할 경우, 수소 운송 비용도 크게 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

 

박영준 교수는 "현재 국내 수소 생산의 대부분을 차지하고 있는 부생 수소는 주로 정유. 석유 화학. 제철 산업에서 발생하며, 이런 공장들은 대부분 국내 천연 가스 공급망의 출발점에 위치해 있다. 따라서 부생 수소를 기존 천연 가스 배관망을 통해 수소 충전소로 이송하고 수소 충전소에서 이를 '가스 하이드레이트'(Hydrate)로 저장할 경우, 수소 공급 가격을 크게 낮출 수 있을 것"이라고 설명했다.

 

박영준 교수는 또한 “이번에 개발한 기술은 간단한 과정으로 수소와 천연 가스를 가스 하이드레이트로 저장하고, 다시 수소와 천연 가스로 분리할 수 있기 때문에 수소 충전소의 안전성에 대한 불안감을 해소하면서 경제성도 확보할 수 있을 것"으로 기대했다.

 

논문의 제1저자인 안윤호 박사(KAIST)는 “본 연구를 통해 물로만 이루어진 친환경적 특징을 갖는 가스 하이드레이트를 저압 환경에서 수소. 천연 가스 혼합물 저장 매체로 이용함에 따라 앞으로 도래할 수소 시대에 수소 저장 원천 기술을 제공할 것으로 기대한다”라고 말했다. 이번 연구 결과는 에너지 저장 기술 분야 국제 학술지인 에너지 스토리지 머터리얼스 (Energy Storage Materials) 온라인에 2019년 06월 06일 게재됐다.