[nbn시사경제] 김아림 기자
경남 창원에 위치한 한국재료연구원(KIMS)은 고압 용기나 극저온 설비 없이도 수소를 안전하게 저장하고 운송할 수 있는 고체 수소 저장 합금을 세계 최초로 개발했다고 22일 밝혔다. 해당 기술은 재료연구원 경량재료연구본부 소속 김영민·서병찬 박사 연구팀이 한국연구재단의 지원을 받아 개발에 성공했다.
수소는 상온에서 기체 상태로 존재하며, 일반적으로는 350∼700bar의 고압 용기나 영하 253도의 액화 상태로 저장된다. 그러나 이 방식은 폭발 가능성과 높은 에너지 소모, 자연 증발 등 여러 한계를 안고 있었다. 이를 대체할 수단으로 주목받고 있는 것이 고체 수소 저장 기술이다.
고체 저장 방식은 수소를 금속과 화학적으로 결합한 뒤 필요한 시점에 분리해 사용하는 방식으로, 고압이나 극저온 설비 없이도 수소를 안전하게 저장하고 장거리 운송할 수 있는 장점이 있다. 하지만 기존 고체 저장 소재는 낮은 저장밀도와 느린 반응 속도, 높은 제조 비용으로 인해 상용화에 제약이 많았다.
연구팀은 이러한 문제를 극복하기 위해 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 주석(Sn)을 기반으로 한 새로운 합금을 설계했다. 이 합금은 고밀도 마그네슘 상과 수소 흡·방출 속도가 빠른 마그네슘-니켈 상(Mg₂Ni)을 층상 구조로 결합했으며, 여기에 소량의 주석을 첨가해 결정립을 미세화함으로써 반응성을 높였다.
그 결과, 개발된 신소재는 기존 소재에 비해 수소 저장 성능이 약 세 배 이상 향상됐고, 제조 공정 또한 간소화됐다. 특히 고가의 분말 제조 방식 대신 일반적인 주조 방식으로 덩어리 형태의 소재를 만든 후, 이를 50마이크로미터(㎛) 두께의 금속 칩으로 가공하는 새로운 공정이 적용됐다. 이 방식은 수소 침투 속도를 높이고 효율적인 반응을 유도하는 동시에 대량 생산이 가능해 제조 비용을 기존 대비 10분의 1 수준으로 낮출 수 있다.
연구 성과는 기업 및 타 연구기관과의 협력을 통해 더욱 확장됐다. 연구팀은 ‘유도가열형 저장 용기’와 ‘실시간 모니터링 시스템’도 함께 개발해, 수소 저장 합금을 빠르게 가열해 수소를 흡수하거나 방출할 수 있도록 했다. 이는 공간 효율성도 높일 수 있는 방식이다.
김영민 책임연구원은 "이번 기술은 별도 특수 장비 없이도 수소를 안전하고 경제적으로 운송할 수 있는 첫 실증 사례"라며, "재생에너지나 원전에서 생산된 수소와 연계해 발전소, 전기차, 에너지 저장 장치 등 다양한 분야에 활용 가능성이 있다"고 밝혔다.
한편, 이번 연구성과는 ‘저널 오브 마그네슘 앤 알로이스(Journal of Magnesium and Alloys)’를 포함한 세계 최고 수준의 국제 학술지 세 곳에 연이어 게재됐다.
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