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2018/04/03 한양뉴스 > 학술 > 이달의연구자

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[이달의 연구자] 서영웅 교수(화학공학과)

미래형 수소자동차 상용화를 앞당긴 촉매 기술을 개발하다.

황유진

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/jzPX

내용
 
지난 평창올림픽에서 현대자동차가 선보인 수소 전기차 ‘넥쏘(NEXO)’. 이를 통해 한국은 수소자동차 상용화의 신호탄을 알렸다. 전문가들은 2020년부터 수소자동차사업의 본격적인 양산과 수소 연료 충전소 활성화로 수소자동차가 점차 대중화될 것이라 예상한다. 서영웅 교수(화학공학과)는 이러한 수소자동차 상용화를 앞당길 신기술을 개발했다. 수소자동차의 연료전지에 수소를 더 빠르게 집어넣고 빼내는 촉매기술이다.
 

차세대 수소자동차 상용화에 중요한 기술을 개발하다
 
수소는 우주 질량의 약 75%를 차지하고 있는 원소다. 물을 전기분해 했을 때도 얻을 수 있으며 화석에너지와 달리 탄소가 쓰이지 않아 탄소화합물 등의 환경오염물질이 발생하지 않는다. 이 탓에 우리나라처럼 자원이 부족한 나라는 일찍부터 기술 개발에 돌입한 편이다. 수소연료로 가동되는 ‘수소연료전지자동차(HFCV: Hydrogen Fuel Cell Vehicle or FCV: Fuel Cell Vehicle)’는 국내에서 세계 최초로 양산 생산을 시작했다. 수소와 산소의 화학 반응과정에서 전기를 얻는 수소자동차는 주행 시 환경오염물 대신 물이 수증기 상태로 나온다.
 
하지만 수소자동차가 상용화되기 위해서는 인프라구축과 안전성 등 문제점이 남아있다. 기존에 에너지로 쓸 수소를 수송할 때는 700기압 이상의 초고압의 기체형태로 수송한다. 수심 40미터 근방에서 수압이 4~5기압 정도인걸 감안했을 때, 초고압 압축 기술은 폭발위험이 크다. 근본적으로 부피도 그리 줄어들지 않아 대용량 수송에 적합하지 않다. 하지만 서영웅 교수 연구팀이 수소를 대용량으로 가장 안전하게 수송할 수 있는 기술을 선보였다. 이 신기술로 수소자동차 상용화를 앞당길 수 있다는 평을 받았다.
 
빠르게 수소를 빼내는 촉매기술이 핵심
 
서 교수와 국내 연구진은 ‘액상 유기물 수소 저장체(이하 LOHC)’를 저렴하게 제조하는 기술을 최초 개발했다. LOHC는 액체상태의 화학물질로, 수소를 안전하게 저장 운반할 수 있게 도운다. 수소와 결합해 액상상태를 유지하다 특정 조건에서 다시 수소와 떨어지는 특성을 가지고 있다. 연구팀은 분자 자체에 수소를 저장할 수 있는 톨루엔(Toluene)과 피리딘(Pyridine)을 결합한 LOHC를 만들어 ‘MBP’라 명했다. MBP를 이용해 액체로 변형시킨 수소는 기체상태 때보다 더 많이 운송할 수 있다. 또한 액상 물질이기 때문에 폭발위험이 없어 안정성을 대폭 높였다.
 
▲ 연구팀이 개발한 새로운 화학물질 'MBP(왼쪽)'와 수소를 머금고 있는 MBP(오른쪽). 서영웅 교수(화학공학과)와 우리 대학 연구팀은 필요할 때 수소를 빼내고 집어넣을 수 있는 핵심기술을 개발했다. (출처: 서영웅 교수)

이 기술의 핵심은 수소가 포함된 액상물질을 연료로 사용 가능한 수소 형태로 빠르게 되돌릴 수 있다는 점이다. 촉매 작업을 통해 가능한 일이다. 이렇게 수소를 집어넣고 빼내는 핵심기술을 서 교수와 우리 대학 화학공학과 연구팀이 맡았다. “안전하게 수송한 액체상태의 화학물질을 수소자동차에 필요한 수소로 빠르게 빼내고 넣을 수 있게 된 거죠.” 서 교수는 촉매를 이용한 수소 이동의 효율적인 방법을 개발했다는 것에 자부심을 느낀다.
 
기존 기술보다 시간이 줄었을 뿐만 아니라 비용도 저렴하다. 세계적으로도 LOHC 기술은 손에 꼽을 정도의 적은 수의 연구팀이 보유한 기술이다. 타 LOHC기술은 섭씨 270도 이상의 열을 가해야 수소를 분리할 수 있다. 하지만 MBP는 이보다 낮은 섭씨 230도에서도 가능해 같은 조건에서 훨씬 더 효율적이다. 이는 LOHC기술의 새로운 연구 지표를 열었다.
 
▲ 국제학술지 ‘켐서스켐’ 4월호 표지에 서영웅 교수의 논문이 선정됐다. 평가위원이 선정하는 가장 중요 논문인 'VIP'(Very Important Paper)로도 선정됐다. (출처: 한국화학연구원)

교수이자 열정적인 연구자
 
서 교수와 연구팀은 기존에 없던 완전히 새로운 물질을 개발했다. 그렇기에 모든 사례연구와 실험결과를 직접 축적해야 했다. 액상 물질이 바닥에 닿았을 때 발생하는 손상부터 인간이 흡입했을 경우의 위험성까지 모든 시험을 거쳤다. “수소를 값싸고 안전하게 운반할 수 있는 기술에 힘써야겠다고 생각했죠.” 끊임없는 노력 끝에 나온 신기술은 LOHC 관련 기술 중 전 세계에서 3번째로 상용화 가능성이 있다는 평을 받았다.
 
서 교수의 교수 철학이자 연구철학은 더 많은 연구인력을 사회로 배출하는 것이다. 교수로서 학부생들이 탄탄한 기초지식을 가진 인재로 성장하길 바란다고 전했다. "학생들이 남들이 가는 길을 무작정 따라가지 않았으면 좋겠어요. 나만의 길을 찾는 것이 대학 생활을 즐기는 방법이라고 생각합니다." 서 교수는 현재 미래 에너지 및 청정 환경을 위한 촉매 기술 연구를 계속해서 진행 중이다. 앞으로 그의 연구실에서 더 많은 미래 기술이 나오길 기대한다.
 
▲ "신기술 상용화를 위해 더욱 힘쓸 것" 지난 3월 29일 연구실에서 만난 서영웅 교수의 말이다. 


글/ 황유진 기자          lizbeth123@hanyang.ac.kr
사진/ 강초현 기자        guschrkd@hanyang.ac.kr
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