김자헌 교수팀, 신개념 수소 저장 물질 개발…전 세계가 주목
미래 에너지원 개발 핵심기술…관련 연구논문 SCI 인용도 상위 1%에 오르기도(2011)

김자헌 화학과 교수(사진) 연구팀이 미래의 대체 에너지원으로 주목받는 수소의 저장량을 크게 늘릴 수 있는 신물질을 개발했다. 수소는 수소연료자동차 등 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 청정에너지원으로 주목받고 있어, 이번 성과에 국제 학계와 정부 차원의 관심이 집중되고 있다.

교육과학기술부(장관 이주호)는 8월 1일 보도자료를 통해, ‘21세기 프론티어 수소사업단’의 김 교수팀이 분자 골격간의 변환을 자유롭게 조절할 수 있는 새로운 개념의 수소저장 물질을 개발했다고 밝혔다. 이는 수소 저장 용기의 부피를 줄이는 동시에 낮은 압력에서도 안전하고 효율적으로 수소를 저장할 수 있게 되었음을 의미한다. 

압력을 가하면 쉽게 액체가 되는 프로판이나 부탄가스와 달리 수소는 분자 상호 간 작용이 적어 고압에서도 기체 상태가 유지돼 저장에 어려움이 많다. 때문에 수소는 현재 고압으로 압축해 저장하는 방식을 사용하고 있는데, 이는 저장 부피가 크고 폭발 우려가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 현재 세계 각국의 학자들이 `금속유기골격체(MOF: Metal-Organic Framework)`처럼 내부에 공간이 있는 나노다공성 물질에 수소를 저장하는 방법을 연구 중이다.

김 교수팀은 단일골격의 MOF를 섭씨 300도에서 가열해 두 개의 단일 골격이 서로 엮여 있는 이중골격 구조를 만드는데 성공했다. 이를 통해 수소가 흡착할 수 있는 표면적을 늘리고 불필요한 부피를 줄여 저장 효율을 높였다. 각각의 구조체는 고유한 기체 흡착 특성을 지니고 있어 이 성질을 이용하면 한 가지 MOF에서 다양한 종류의 기체저장 물질을 생성할 수 있음도 확인했다.

김 교수는 “이 물질을 이용하면 현재 방법보다 수소 저장량(부피저장밀도)을 약 50% 이상 증가시킬 수 있다”면서 “수소뿐만 아니라 이산화탄소와 메탄 등의 분리 및 저장에도 응용할 수 있다”고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 7월 17일 독일의 화학 분야의 세계적 학술지인 `안게반테 케미(Angewandte Chemie)`에 중요 논문으로 게재됐다. 2010년 발표된 김 교수의 관련 논문은 세계 최고 권위의 학술지인 ‘사이언스’에 게재되었으며, 이를 통해 작년 SCI 인용횟수 상위 1% 안에 들기도 했다. 우희덕 홍보팀 계장(woogun@ssu.ac.kr)