[월간수소경제] Jaume I de Castelló 대학(UJI)의 호세 안토니오 마타(José Antonio Mata) 교수가 주관해 UJI의 과학자 팀, Universitat Politècnica de Valencia-CSIC의 화학기술연구소와 사라고사대학교가 팀을 구성했다. 이 팀은 화학 시약을 이용해 연료전지에 사용하기 위한 수소의 효율적 생산, 저장 및 안전한 운송에 대한 혁신적인 프로세스를 만들어 특허를 출원했다. 이 새로운 기술은 액체수소 유기운반체(Liquid Organic Hydrogen Carrier: LOHC)를 기반으로 한다.

수소는 에너지 밀도가 높고 온실 가스 배출량이 적기 때문에 우수한 연료로 인식돼 있다. 대기 중의 산소와 결합할 때, 수소는 물과 에너지를 유일한 부산물로 생산하며, 수송 부문의 에너지원으로서 화석연료를 대체할 핵심 후보 중 하나다.

그럼에도 불구하고 소위 ‘수소경제’의 실행을 막는 몇 가지 한계가 여전히 존재한다. 첫째는 이 가스가 지구의 지각에서 발견되지 않기 때문에 일반적으로는 지속 가능하지 않은 공정으로 생산돼야 한다는 점이며, 둘째는 가연성인 기체를 압축된 상태로 운반해야 한다는 점이다.

이 액체의 주된 이점은 수소를 장기간 쉽게 저장할 수 있고 현재의 인프라를 통해 운송이 가능하다는 것이다. 연구진은 그래핀에 담지된 루테늄 화합물에 의해 촉매화된 알코올과 하이드로실란 간의 화학적 연결 반응에 기반한 새로운 수소 저장시스템을 얻기 위해 다양한 수소 함유 유기 액체를 연구했다.

이미 확립된 시스템에 비교해 새로운 공정의 기여도는 배가됐다. 알코올과 하이드로실란의 다양한 조합을 사용할 수 있어 화학적으로 다목적 공정이다. 또한 이 공정은 매우 빠르게 진행될 수 있으며, 연구진이 반응에 매우 효율적인 루테늄 촉매를 개발했기 때문에 온도의 상승이 필요 없다. 환원제에 의해 고유 생성물로 변할 수 있는, 알코올과 하이드로실란의 연결에서 형성된 시릴에테르(Silyl Ether)가 가역적으로 생성되는 이점도 있다.

뿐만 아니라 오로지 물만이 부산물인 동시에, 요구사항에 맞춰 사용자가 수소를 저장 및 생산할 수 있는 가역적인 에너지 시스템을 형성한다. 이는 자동차와 같은 비정적 에너지 발전과 시스템 사용에 쉽게 적용할 수 있다. 이러한 시스템에서 LOHC로서 실란-알코올의 사용은 저온 운전을 가능하게 하고, 기술은 수소 저장의 안전문제를 해결한다.

전체 에너지 발전 공정에는 4가지의 커다란 장벽이 존재한다. 첫 번째 장벽은 생산이며 이러한 도전은 반영구적 방법으로 풍력과 태양력과 같은 대체에너지를 통해 수소를 얻어내는 것이다. 파생된 부산물은 생성이 완전히 통제된 산업 중심지에서 얻어내는 것이 바람직하기 때문이다. 과학이나 산업 분야의 어떠한 혁신도 요구되지 않는 두번째(운송)와 세번째(유통) 장벽은 기존 석유화학제품의 운송 및 유통 인프라를 활용하는 시스템이 제안될 수 있다.

네 번째 장벽은 수소를 얻고 연료전지에 사용하기 위한 화학반응을 고려한다. 초기 결과는 반응이 매우 빠르며 실온에서도 작동할 수 있음을 보여줬다. 이는 수소의 생산 및 즉각적인 사용을 위한 충분한 동역학에 해당한다.

이 새로운 공정은 온실가스 배출 및 오염이 없는 재생에너지원을 사용하는 에너지 생산 산업을 겨냥했다. 특히 LOHC를 수소 운반체로 사용함으로써 에너지 매개체로서 수소의 운송 및 저장을 위한 솔루션의 생성 및 상용화에 전념하는 기업들에게 적합하다.

호세 마타(José Mata, UJI), 프로젝트 매니저인 미구엘 바야(Miguel Baya, UZA), 헤르메네길도 가르시아(Hermenegildo García, UPV-CSIC)를 포함하는 연구진 그룹은 실험실 환경에서 새로운 실험과정을 검증하고 있다. 데이비드 벤츄라-에스피노사(David Ventura-Espinosa) 경제 및 경쟁처 연구원, 마피 보르야(Mapi Borja) UJI 포스트닥터, 안드레스 몰라(Andrés Mollar) 화학 대학원생, 알바 카레테로(Alba Carretero) 응용 약리화학 석사생도 UJI 연구진에 포함돼 있다.