수소를 안전하게 10배 밀도로 저장해주는 페이스트?

독일 프라운호퍼(Fraunhofer) 연구소가 리튬이온 충전지보다 10배 에너지 밀도로 수소를 축적, 압축 용기로 저장할 수 있는 치약 모양 소재인 파워페이스트(Powerpaste)를 개발했다고 발표했다.

수소연료전지 자동차에 사용하는 수소는 압력용기에 35MPa 고압으로 압축해 저장해 사용한다. 하지만 이 탱크는 몸집이 크고 무거워 전기 오토바이나 스쿠터 수소연료전지에 사용하려면 불편하다. 프라운호퍼 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 수소마그네슘을 이용해 수소를 화학적으로 저장하고 필요할 때 곧바로 방출 가능한 안전한 방법을 만들어냈다.

마그네슘 분말은 350도 대기압 5∼6배 과정에서 수소와 결합해 수소 마그네슘이 된다. 여기에 에스테르와 금속염을 추가하면 카트리지형 용기에 넣을 수 있는 치약 같은 페이스트가 된다.

파워페이스트는 온도가 250도까지 상태에서 안정적으로 사용할 수 있는 같은 무게 리튬이온 배터리보다 10내 에너지를 축적한다. 구체적으로 보면 가솔린 차량 이상 항속거리를 제공할 수 있을 만한 에너지를 축적할 수 있다고 한다.

페이스트에서 에너지를 추출하려면 필요한 페이스트를 챔버에 밀어 통제한 상태에서 물과 반응시켜 수소를 방출시킨다. 여기부터는 일반 연료전기차와 같다. 어떻게 여기까지 에너지 밀도를 꺼낼 수 있는지는 결국 에너지로 변환되는 수소 절반 가량이 페이스트와 반응시키기 위한 물에서도 공급되기 때문이다.

프라운호퍼 연구팀은 파워페이스트를 연료전지 전기 오토바이나 스쿠터에 채택하면 파워페이스트 충전 카트기리를 스테이션에서 교환하는 구조를 상정하고 있다. 이렇게 하면 마치 카세트 스토브 실린더를 교환해 안전하고 즉각적인 주행을 계속할 수 있다. 전기 스쿠터처럼 충전하는 장소를 찾거나 전기 자동차처럼 충전 순서를 기다릴 필요가 없다.

또 카트리지식으로 하면 벌초 기계나 발전기 등 다른 용도 에너지 공급에도 활용 폭이 확대될 가능성이 있다. 승용차나 대형 트럭 등에 파워페이스트를 사용하는 것도 페이스트 자체를 차쳉에 준비하고 탱크게 충전하는 게 쉽게 될 가능성도 있다. 이 경우에도 상대적으로 저렴한 장비를 갖추는 것만으로 페이스트 교환이 가능하게 된다. 고압수소 가스를 직접 취급하는 것보다 안전한 건 말할 것도 없다.

프라운호퍼는 업계에서 파일럿 프로그램을 위해 연간 4톤 생산 능력을 갖춘 생산 시설을 이미 건설 중이라고 한다.

물론 이처럼 매력적인 반죽 같은 수소연료지만 효율적인지 여부는 큰 열에너지를 필요로 하는 파워페이스트를 제조할 때 에너지 효율이 어느 정도인지에 따라 다를 수 있다. 또 수소를 꺼낸 뒤 마그네슘을 어떻게 처리할지 기록되어 있지 않고 그대로 수소화 마그네슘으로 재활용할 수 있는지 혹은 일회용이 되는지 등에 따라 전반적인 효율은 크게 달라질 것이다. 또 페이스트와 카트리지 스테이션까지 운송 비용 등도 고려해야 할 것이다.

만일 파워페이스트가 태양광 등 청정에너지만으로 제조, 재활용할 수 있고 기존 주유소 등에서 저렴하게 판매할 수 있다면 안전하고 이해하기 쉬운 편리한 차세대 연료 보급을 돕게 될 수 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.