수소를 드라이아이스처럼…획기적 저장 기술 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 드라이아이스와 유사한 형태를 띤 고체물질인 '가스 하이드레이트'에 수소와 천연가스를 함께 저장함으로써 수소 운송 및 저장의 안전성과 경제성을 동시에 확보할 수 있는 기술이 개발됐다.

GIST 지구·환경공학부 박영준 교수와 KAIST 이재우 교수 공동연구팀은 90기압 이하의 낮은 압력에서 물과 천연가스를 이용해 수소를 저장할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다고 12일 발표했다.

연구팀은 물을 일종의 얼음 형태인 가스 하이드레이트(Hydrate)로 만들고 여기에 천연가스(메탄 및 에탄)와 함께 수소를 주입해 수소 저장 밀도를 획기적으로 개선하는 동시에 저장 압력을 90기압 이내로 낮출 수 있게 됐다고 밝혔다.

가스 하이드레이트는 저온·고압의 상태에서 천연가스가 물분자와 결합해 형성된 고체상태의 결정으로 드라이아이스와 비슷하다.

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

연구팀에 따르면 기존에 수소만을 이용한 가스 하이드레이트 저장 방법은 수천 기압이 필요했으나 천연가스가 수소와 함께 주입될 경우 천연가스가 일종의 열역학적 형성 촉진제로 작용해 저장 압력이 90기압까지 낮아진다는 사실을 확인했다.

특히 천연가스와 수소를 함께 저장한다는 특성 때문에 천연가스 배관망을 활용할 경우 수소 운송 비용도 크게 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

박영준 교수는 "현재 국내 수소 생산의 대부분을 차지하고 있는 부생수소는 주로 정유·석유화학·제철 산업에서 발생하며 이런 공장들은 대부분 국내 천연가스 공급망의 출발점에 위치해 있다. 따라서 부생수소를 기존 천연가스 배관망을 통해 수소충전소로 이송하고 수소 충전소에서 이를 '가스 하이드레이트'로 저장할 경우 수소공급 가격을 크게 낮출 수 있을 것"이라고 설명했다.

박 교수는 또한 “이번에 개발한 기술은 간단한 과정으로 수소와 천연가스를 가스 하이드레이트로 저장하고 다시 수소와 천연가스로 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-천연가스 혼합물 저장 매체로 이용함에 따라 앞으로 도래할 수소 시대에 수소저장 원천기술을 제공할 것으로 기대한다”라고 말했다.

이번 연구 결과는 에너지 저장기술 분야 국제 학술지인 에너지 스토리지 머터리얼스(Energy Storage Materials) 온라인에 6월 6일 게재됐다.