금속수소화물

[KIMS TECH] 고용량 고체수소를 저비용으로 제조하는 기술

수소는 에너지 전환 시대를 이끌 차세대 친환경 연료로 주목받고 있으나, 저장과 운송 방식의 한계는 여전히 큰 과제로 남아 있습니다. 현재 상용화된 고압 기체 저장 방식은 폭발 위험이 존재하고, 액화 방식은 극저온 유지를 위한 막대한 비용이 소요됩니다. 이를 해결할 대안으로 금속수소화물을 이용한 고체 저장 기술이 부상했습니다. 이 방식은 수소를 금속과 화학적으로 결합하여 상온에서도 안전하게 보관할 수 있지만, 낮은 저장 밀도와 느린 반응 속도, 그리고 높은 제조 비용이 상용화의 걸림돌이 되어 왔습니다. 한국재료연구원 연구팀은 기존 마그네슘 기반 소재의 한계를 극복하기 위해 니켈과 주석을 활용한 새로운 합금 기술을 개발했습니다. 저장 밀도는 높지만 반응이 느린 마그네슘상과, 반응은 빠르지만 밀도가 낮은 금속상의 장점만을 결합한 층상 구조를 구현한 것이 핵심입니다. 특히 주석을 첨가하여 조직을 미세화함으로써 수소의 흡수 및 방출 성능을 비약적으로 향상시켰습니다. 이러한 복합상은 공기 중에 장시간 노출되어도 성능 저하가 거의 없고 산화 저항성이 강해, 기존 기술보다 훨씬 안정적인 관리가 가능합니다. 이번 연구의 혁신성은 소재의 조성뿐만 아니라 제조 공정의 획기적인 단순화에서도 찾아볼 수 있습니다. 기존에는 수소 확산을 돕기 위해 값비싼 장비를 동원해 금속을 미세 분말로 만들었으나, 연구팀은 금속의 두께가 확산의 핵심이라는 점에 주목했습니다. 주조된 합금을 절삭 가공하여 50마이크로미터(μm) 이하의 얇은 미세 칩 형태로 제조하는 방식을 도입함으로써 공정 비용을 획기적으로 낮추었습니다. 복합 장비 없이도 대량 생산이 가능한 이 공정은 수소가 내부까지 빠르게 침투할 수 있는 최적의 구조를 제공하여 효율성을 극대화합니다. 개발된 소재는 기존 상용 합금 대비 3배 이상인 4.5 wt%급의 압도적인 수소 저장 성능을 자랑합니다. 섭씨 300도 조건에서 단 2분 이내에 수소 대부분을 흡수 및 방출할 수 있을 만큼 반응 속도가 매우 빠릅니다. 또한 200회 이상의 반복적인 사용 후에도 초기 성능을 안정적으로 유지하며, 공기 중에서 발화하거나 산화되지 않는 우수한 내산화성을 갖추고 있습니다. 이러한 높은 수치적 성과와 안정성은 실험실 수준을 넘어 실제 산업 현장에 즉시 적용할 수 있는 강력한 경쟁력을 뒷받침하는 지표가 됩니다. 연구팀은 소재 개발에 머무르지 않고 실제 운송 및 저장 시스템까지 기술 범위를 확장했습니다. 유도 가열 방식의 전용 용기와 실시간 모니터링 시스템을 구축하여 실제 운영 환경에서도 고효율의 성능을 입증해냈습니다. 이 시스템을 도입하면 대형 트레일러가 운송하던 수소량을 중형 트럭만으로도 충분히 실어 나를 수 있어 물류비용의 획기적인 절감이 가능해집니다. 현재 국내 기업들과의 협력을 통해 실증 사업화를 진행 중인 이 기술은 재생 에너지 및 원자력 발전과 연계되어 다가올 수소 에너지 시대로의 전환을 앞당길 전망입니다.