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수소는 연료로서 매우 매력적이지만 폭발하기 쉽기 때문에, 안전하고 가볍고, 저렴한 저장 시스템과 운반 시스템이 필요하다. 이스라엘의 Weizmann Institute of Science 연구진들은 간단하고 풍부한 유기 물질을 기반으로 화학 저장 시스템(chemical storage system)을 개발했다고 보고했다. 관련 연구는 Angewandte Chemie에 보고되었다( DOI: 10.1002/anie.201901695 ). 연구팀이 개발한 액체성 수소 운반체 시스템은 이론 용량이 높고, 충전과 방전 반응에서 같은 촉매를 사용한다는 특징이 있다. 수소는 전기와 동력으로 전환될 수 있는 많은 에너지를 운반할 수 있으며, 연소시 부산물이 물이기 때문에 차세대 연료로 주목받고 있다. 하지만, 수소는 기체 상태로 존재하고, 부피당 에너지 밀도가 낮다. 따라서 순수한 수소는 대부분 압축 상태 또는 액체 형태로 처리된다. 하지만 수소를 저장하는 강철로 된 탱크는 무겁고, 수소 방출과 사용은 위험하다. 일반적으로 탱크를 이용해 수소를 저장하지만, 수소는 화학 반응 시스템에도 저장할 수 있다. 이것은 자연에서 수소를 저장하고 사용하는 원리이기도 하다. 생물학적 세포에서는 미세하게 조정된 화합물에 수소가 결합하고 방출되면서 세포에 필요한 화학 물질을 만든다. 모든 생물학적 공정은 효소에 의해 촉진된다. 실험실에서는 강력한 촉매를 이용해서 수소 전환이 이루어진다. 하나의 예로 루테늄과 유기 리간드로 이루어진 가용성 복합체이다. 이 촉매의 도움으로, David Milstein 박사팀은 간단한 유기 화학 물질의 반응 시스템이 수소를 저장하고 방출할 수 있는 능력이 있는지를 조사할 수 있었다고 밝혔다. 연구진은 ‘적절한 수소 저장 방법을 찾는 것이 수소 경제에 있어 중요한 도전이다’라면서, 이 연구의 동기가 되었다고 말했다. 성취되어야 할 조건들 중에는 안전한 화학물질, 쉽게 수소를 탑재하고 내릴 수 있는 방식, 가능한 부피가 적어야 한다는 것들이 있다. 연구팀이 찾아낸 에틸렌 디아민과 메탄올으로 구성된 시스템은, 두 분자가 반응했을 때 순수한 수소가 방출된다. 다른 반응물로는 에틸렌 우레아라는 화학물질이다. 액체 유기 수소 저장 시스템의 이론적인 용량(LOHC)은 무게당 6.52 퍼센트로, 매우 높은 LOHC 값을 보여주었다고 연구팀은 주장했다. 이번 연구는 풍부하고, 저렴하며, 다루기 쉽고, 매우 해롭지 않은 액체성 유기 화학물질로 이루어졌다는 점에서 주목할 만하다. 하지만, 반응시간을 좀 더 줄여야 하고, 반응 온도를 낮추어야 한다는 점은 앞으로 해결되어야 할 부분이다. |
