수소 분리막 투과도 정밀측정 기술 개발… 수소 경제 활성화 뒷받침 기대

KIST 연구진이 제작한 수소투과도 측정 장치로 오차범위 1% 내외인 99% 이상의 신뢰도를 보였다. KIST 제공


국내 연구진이 고순도 수소 정제를 위한 수소 분리막 투과도 측정핵심 기술을 개발해 수소 경제 활성화의 뒷받침이 될 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST) 에너지소재연구단 이영수 박사팀은 금속 수소 분리막의 수소 투과도를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 개발했다고 28일 밝혔다.

KIST 연구진은 일반적 실험조건에서도 투과도를 정확히 측정할 수 있는 방법을 개발했다. 연구팀은 압력이 변하는 조건에서의 투과도를 해석하기 위해 수소 분리막 내부에서 시간에 따라 변하는 수소 농도를 시뮬레이션했다. 그리고 시뮬레이션 결과를 새로운 방식으로 재해석해 압력이 변하는 조건에서도 정확한 수소 투과도를 얻을 수 있었다.

기존 방식으로 해석한 결과는 실제값과 2%에서 최대 30%이상 차이를 보이는 데 비해 KIST 연구팀이 개발한 방식은 오차범위 1% 내외로 99% 이상의 신뢰도를 보였다. 또한, 추가 실험이나 복잡한 시뮬레이션을 하지 않고 기존 실험 데이터만을 가지고도 압력 변화 상황에서의 투과도를 간단하게 도출하는 방법도 제시했다.

KIST 이영수 박사는 "이번 연구를 통해 금속 수소 분리막의 정확한 특성 평가가 가능해졌으며, 신뢰성 있는 기초 데이터를 바탕으로 다양한 분리막 소재를 개발하는 데 크게 이바지할 것"이라고 기대했다.

KIST 에너지소재연구단 이영수 박사팀의 연구원이 압력 변화 상황에서 금속 수소 분리막의 수소 투과도를 정밀하게 측정하는 실험을 하고 있다. KIST 제공


한편, 우수한 성능의 수소 분리막을 개발하기 위해서는 수소 분리막의 투과도를 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 분리막의 수소 투과도는 금속 분리막양단에 수소 압력 차이를 가한 후 시간에 따른 수소 투과량을 측정해 평가한다. 기존에는 분리막 양단의 압력이 일정하게 유지되는 특수한 조건을 가정하고 투과도를 측정했다.
그러나, 일반적인 실험조건에서는 수소가 투과돼 나오는 쪽의 압력이 점점 증가해 측정된 결과를 신뢰하기 어려웠다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST 기관고유사업으로 수행됐다. 해당 성과는 소재 분야 세계적 학술지 '멤브레인 사이언스' 최신호에 게재됐다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자