액화수소 증발 손실 줄이는 MOF 소재 검증, 저장 기간 3배 연장

액화수소 저장 탱크 내부에 다공성 소재를 적용하면 저장 용량 감소를 최소화하면서 수소 증발에 따른 손실을 크게 줄일 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

UNIST 화학과 오현철 교수 연구팀은 이화여대 문회리 교수, 독일 뮌헨공대 연구진과 공동으로 금속유기골격체(MOF)를 활용해 액화수소 운송 및 저장 과정에서 발생하는 증발 손실(boil-off loss)을 줄이는 기술을 검증했다고 29일 밝혔다.

액화수소는 대량 저장과 운송에 유리하지만 외부 열이 유입되면 일부가 기체로 변해 손실되는 문제가 있다. 연구팀은 내부에 미세한 기공이 많은 다공성 소재인 MOF가 수소를 흡착하는 과정에서 이러한 손실을 줄일 수 있는지 분석했다.

액화수소 저장량 유지하며 손실 감소

연구팀은 IRMOF-20과 MIL-53 두 종류의 MOF 소재를 대상으로 실험과 시뮬레이션을 수행했다.

분석 결과 IRMOF-20을 적용한 경우 저장 가능한 수소량은 액화수소 단독 저장 대비 약 97% 수준을 유지했다. 반면 수소가 증발해 모두 소진되는 기간은 기존 약 64일에서 221일로 3배 이상 증가하는 것으로 나타났다.

연구진은 다공성 기공 내부에 수소가 액체수소보다 더 조밀하게 저장되면서 저장 용량 감소를 최소화할 수 있었던 것으로 분석했다.

또 다른 소재인 MIL-53은 수소 증발 억제 효과는 있었지만 저장 용량이 기존의 절반 수준으로 감소한 것으로 나타났다.

액화수소 운송 기술 발전 기대

연구팀은 MOF 내부에 흡착된 수소가 방출되기 위해서는 추가적인 열이 필요하기 때문에 탱크 내부로 들어온 열이 일부 흡수돼 증발 속도가 늦춰진다고 설명했다.

이번 연구는 액화수소 저장 기술에서 단열 성능 개선뿐 아니라 소재 기반 흡착 기술을 활용해 추가적인 손실 저감이 가능하다는 점을 제시했다는 의미가 있다.

오현철 교수는 “MOF의 기공 구조와 수소 저장 특성을 최적화하면 저장량을 거의 유지하면서도 증발 손실을 줄일 수 있음을 확인했다”며 “실제 저장 탱크 환경에서의 추가 검증이 필요하다”고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 게재됐다.