1. 차세대 수소 저장기술이 필요한 이유

현재 사용되는 고압기체와 액화수소 저장방식은 차량과 충전소, 대량 운송 분야에 적용되고 있습니다. 그러나 두 방식 모두 기술적 부담이 존재합니다.

일부 금속과 합금은 수소를 흡수해 금속수소화물을 형성합니다. 금속의 결정구조 안으로 수소가 들어가 결합되기 때문에 고압기체와 다른 방식으로 수소를 보관할 수 있습니다.

대표적인 소재로는 마그네슘계, 티타늄계, 철-티타늄계 합금과 LaNi₅ 계열이 있습니다.

소재의 종류에 따라 수소 저장량과 작동온도, 흡수속도와 방출속도가 달라집니다.

LOHC는 액체 유기화합물에 수소를 화학적으로 결합한 뒤 액체 상태로 저장하고 운송하는 방식입니다.

수소를 결합한 LOHC는 일반 액체연료처럼 저장탱크와 탱크로리, 선박으로 운송할 수 있습니다.

사용지에서는 촉매와 열을 이용해 수소를 분리하고, 수소가 빠진 유기물은 다시 생산지로 보내 재사용합니다.

암모니아는 질소 원자 한 개와 수소 원자 세 개가 결합한 화합물입니다.

질량 기준으로 약 17.6%의 수소를 포함해 대량 수소운반체로 활용할 수 있습니다.

액화수소보다 높은 온도에서 액체로 만들 수 있고, 비료와 화학산업에서 사용해 온 저장탱크와 운반선 등 기존 인프라를 활용할 수 있다는 장점이 있습니다.

고체수소 저장은 수소를 고체 소재 내부에 물리적으로 흡착시키거나 화학결합 형태로 저장하는 기술을 통칭합니다.

금속수소화물 외에도 복합수소화물과 화학수소화물, 다공성 흡착재 등이 연구되고 있습니다.

일부 소재는 높은 수소함량을 가질 수 있지만 수소를 방출하기 위해 높은 온도가 필요하거나 재충전이 어려울 수 있습니다.

나노소재 저장기술은 소재 내부에 형성된 매우 작은 기공과 넓은 표면적을 이용해 수소분자를 흡착하는 방식입니다.

대표 소재에는 활성탄과 탄소나노튜브, 그래핀, 금속-유기 골격체인 MOF 등이 있습니다.

소재의 기공 크기와 내부 표면적, 표면의 화학적 특성을 조절해 수소 흡착량을 높이는 연구가 진행되고 있습니다.

7. 차세대 수소 저장기술 비교

각 저장방식은 저장밀도와 안전성, 비용, 작동온도와 인프라 조건이 다릅니다.

따라서 어느 한 기술이 모든 용도를 대체하기보다는 사용목적에 적합한 기술을 선택할 가능성이 높습니다.

8. 용도에 따라 달라지는 미래 저장방식

미래의 수소 공급망에서는 한 가지 저장방식만 사용하는 것이 아니라 차량과 선박, 발전, 항공 등 용도에 따라 서로 다른 차세대 수소 저장기술이 적용될 가능성이 큽니다.

9. 차세대 수소 저장기술의 주요 과제

저장밀도 향상

차량과 항공기에서는 작은 부피와 낮은 무게로 많은 수소를 저장해야 합니다. 저장소재뿐 아니라 용기와 열관리장치를 포함한 전체 시스템의 무게를 함께 고려해야 합니다.

충전과 방출속도 개선

수소를 빠르게 저장하고 필요할 때 안정적으로 공급할 수 있어야 합니다. 반응속도가 느리면 차량과 산업설비에서 사용하기 어렵습니다.

열관리 효율 향상

금속수소화물과 LOHC, 암모니아 분해공정은 열을 사용하거나 방출합니다. 필요한 열을 줄이고 폐열을 활용하는 기술이 전체 효율에 영향을 줍니다.

소재 가격과 내구성 개선

촉매와 저장소재의 가격을 낮추고 반복적인 충전과 방출 후에도 성능을 유지해야 합니다. 대량생산이 가능한 제조공정 확보도 필요합니다.

안전기준과 인증체계 마련

차세대 수소 저장기술이 실제 산업에 적용되려면 누출과 화재, 독성, 재료열화와 비상상황을 고려한 안전기준과 인증체계가 필요합니다.

10. 차세대 수소 저장기술 핵심 정리

차세대 수소 저장기술 자주 묻는 질문