수소는 산소와 반응해 전기를 생산하면 물만 배출하는 등 무공해 에너지원이지만 저장해두고 사용하기 어렵다는 한계가 있었다. 국내 연구진이 수소를 저장하는 방법을 제안해 주목된다.

유니스트(UNIST·정무영)는 에너지 및 화학공학부 백종범 교수팀이 세 방향으로 성장시킨 '초미세 유기구조체(3D-CON)'을 개발해 수소를 효과적으로 저장하는 방법을 제안했다고 13일 밝혔다.

백 교수팀이 개발한 물질은 가볍고 튼튼하면서 수분 등에도 안정적인 유기고분자를 이용하고 있고, 수소 저장 성능도 우수해 주목을 받는다.

백 교수는 "수소는 너무 가벼워 어떤 소재로 탱크를 만들어도 빠져나가는데, 이를 막으려면 발목에 모래주머니를 채우듯 다른 물질을 써서 수소를 붙잡아야 한다"며 "오랫동안 다양한 물질이 제안됐지만 안정성 측면에서는 유기 물질이 유리하며, 특히 이번 물질은 수소 흡창 능력도 최고 수준을 보였다"고 강조했다.

백 교수팀은 방파제로 쓰이는 테트ㅏㄹ포트 모양의 분자와 육각형 고리 모양의 분자를 반응시켜 '3D-CON'이라는 유기구조체를 얻었다. 두 분자가 반응을 시작하면 서로 달라붙으면서 세 방향으로 성장한다. 이 반응이 반복되면서 새장(cage)처럼 구멍이 숭숭 뚫린 유기구조체가 형성된다.

이 물질은 아주 미세한 기공을 잔뜩 가져 수소나 메탄, 이산화탄소 등의 기체를 흡착하는 성능이 탁월하다. 기존 3차원 유기구조체와 달리 분자들이 육각형 사다리 모양으로 결합돼 있어 구조적으로도 안정하다. 또 수분에 반응하지 않는데다 600℃의 고온에서도 견뎌 상용화 가능성도 높다.

백 교수는 "기체 저장 물질은 수소자동차와 가스 센서 등에 광범위하게 활용할 수 있다"며 "이번 연구는 미래 에너지 소재로 유기구조체를 응용할 전략을 제시했다는 데 큰 의미가 있고, 우리 기술로 세계 기술시장을 선점할 수 있다"는 포부를 밝혔다. 이어 "태양전지나 배터리 같은 에너지 소재는 공증기관이 따로 있어 기술 진보에 기여하고 있다"며 "아직 공증기관이 따로 없는 기체 흡착 분야에서도 이런 기준을 만들어 신뢰도 있는 분야로 이끌고 싶다"고 덧붙였다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 리더연구자지원사업과 교육부-한국연구재단이 주관하는 BK21플러스사업, 우수과학연구센터 및 기후변화사업 지원으로 진행됐으며, 연구 결과는 화학분야 권위지인 앙게반테 케미(Angewandte Chemie)에 발표됐다.