색이 변하는 센서로 수소 누출 알아낸다

KIST-고려대, 수소 감지센서 개발
팔라듐의 수소 흡수 성질 이용
수소 가스가 있으면 2분 만에 변색

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 센서시스템연구센터 박유신 박사팀과 고려대학교 바이오의공학과 유용상 교수팀이 수소 가스가 새는 것을 색변화로 알아내는 센서를 개발했다. 연구진이 만든 수소 감지 센서는 작은 크기로 만들 수 있으며 사용하는데 별도의 전력도 필요없다. 실제 밀폐된 공간에 2분도 안돼 색이 변해 수소가 누출됐다는 것을 알게 했다.

또 수소를 제거하자 바로 원래상태로 돌아왔다.

유용상 교수는 3일 "이 센서가 보급되면 수소 폭발 사고를 예방할 수 있어 수소 플랜트나 연료전지 가스 연결부를 제작하는 기업의 수요가 있을 것"이라고 말했다.

무색 무취인 수소는 대기중 산소와 만나면 폭발 위험성이 높아 빠르게 확인하고 조치를 취하는게 중요하다. 연구진은 수소 감지 센서를 만들기에 앞서 수소를 잘 흡수하는 팔라듐에 주목했다.

팔라듐은 흡수한 수소와 산소의 촉매 반응으로 표면에 물이 만들어지는 금속이다. 하지만 팔라듐 표면의 물은 바로 증발해 육안으로 쉽게 확인할 수 없다.

연구진은 수소와 산소만 통과할 수 있는 고분자 박막의 위아래를 팔라듐 박막으로 감싸 금속-고분자-금속 적층형 센서를 만들었다. 박막 위에 나노미터 두께의 물 층이 형성되도록 한 것이다. 센서 안에 물이 고이면 빛 공명과 반사를 통해 색이 변하게 된다. 반대로 수소 가스가 없어지면 박막 사이에 있는 물이 서서히 증발해 처음 색상으로 돌아온다.

이 같은 과정을 통해 염료 없이도 나노구조의 규격을 조절해 원하는 색상을 쉽고, 저렴하게 만들어냈다.

연구진은 "이 기술은 유리, 플라스틱 등 투명 기판에도 적용할 수 있을 뿐만아니라 소모 전력 없이 작은 크기로 만들 수 있다"며 "수소 플랜트나 자동차 연료전지 시스템 등 좁고 복잡한 수소 배관이 지나가는 곳 어디든지 쉽게 부착해 사용할 수 있다"고 설명했다. 또한, 수소 가스를 선택적으로 흡수하고 배출하는 고분자 박막을 활용했기 때문에 온도와 습도 등 주변 환경의 변화에 영향을 받지 않고 동작할 수 있어 상용화 가능성이 높다는 분석이다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 수소 감지 센서를 광학분야 최상위 세계적 학술지 '포토닉스(PhotoniX)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자