▲ 창공을 가르며 날고 있는 무인비행기. 원익머트리얼즈의 암모니아보란을 이용한 의 수소저장기술를 적용했다는 점에서 의미를 더해주고 있다.

▲ 무인비행기 실증테스트에 성공한 후 국책과제에 참여한 연구원들이 기념촬영을 하고 있다.

 

암모니아보란 적용, 캡슐형태 제품 내놔
13일, 고려대·KIST와 무인항공기도 띄워
휴대용 전자기기 배터리 대체에 가속도

▲ 연구원들이 암모니아보란을 이용한 수소공급시스템을 점검한 후 뚜껑을 덮고 있다.

수소저장체인 암모니아보란(NH3BH3)을 이용한 새로운 수소저장기술이 국내 굴지의 특수가스제조업체인 원익머트리얼즈(대표 이건종)에 의해 개발돼 화제를 모으고 있다.

금속수소화물, 고압용기 등과 같이 기존의 연료전지용 수소저장시스템은 너무 무겁거나 부피당 수소저장능력이 낮아 항공용이나 휴대용 전자기기 등에 적용하는 데 한계가 있었다. 하지만 고용량 수소저장 화합물인 암모니아보란(ammonia borane 이하 AB)을 이용한 연구가 원익머트리얼즈 개발팀에 의해 이뤄져 최근 국산화에 성공했다.

원익머트리얼즈는 고순도의 AB를 제조, 한국과학기술연구원(KIST)에 1kg을 제공해 저장 및 취급이 용이한 캡슐형태로 만들어 지난 13일 경기도 화성시 송산면에서 열린 무인비행기 실증테스트에 적용, 실제 비행을 실현해 보임으로써 상용화에 대한 더 큰 가능성을 보여줬다.

이날 AB의 무인비행기 실증테스트에는 KIST 연료전지센터 윤창원 박사 등 연구팀과 원익머트리얼즈 김종수 개발담당상무, 김영래 수석연구원, 최호윤 책임연구원 등이 참석했다.

이번 AB 수소저장소재 생산 및 재생공정 개발은 지난 2011년 6월부터 산업통상자원부 신재생에너지융합원천기술개발사업의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행됐다. 고려대 강상욱교수가 주관책임자로 KIST와 원익머트리얼즈가 참여해 '암모니아보란 수소 저장 소재 생산 및 재생 공정 개발'을 추진했다. 총 사업비는 정부사업비 13억2천만원에 원익머트리얼즈는 민간 부담금 50%를 사업비로 제공하는 조건으로 진행됐다.

KIST 윤창원 박사는 “이번 무인항공기의 비행 실증의 의미는 원익머트리얼즈가 개발, 제조한 AB를 수소연료전지시스템에 적용할 수 있다는 가능성을 보여줬다는 데 있다”면서 “원익머트리얼즈의 AB를 이용한 수소저장기술은 휴대용 전자기기 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.

AB를 이용한 수소연료전지시스템은 실제로 산불, 오염지역 등 재난 감시에 활용 가능한 장시간 체공형 무인비행기에 응용될 것으로 보이며 군에서도 휴대용 파워팩, 위험물 감시 및 대테러용 무인로봇 등에 적용할 수 있을 것으로 예상된다. 나아가 자동차용  친환경 전원 장치로 각광받을 것으로 전망하고 있다.

원익머트리얼즈 개발팀 김영래 박사는 “이번 국책과제를 통해 우리의 기술로 고용량 수소저장물질인 암모니아보란 국산화에 성공하게 된 것을 매우 기쁘게 생각한다”며 “향후 제조공정의 최적화를 통해 기존 외국산 AB에 비해 약 1/3 이상 저렴한 가격으로 공급하게 될 것”이라고 밝혔다.

김영래 박사는 또 “AB는 취급, 저장이 상대적으로 용이한 고체화합물로 안전성이 높으며 환경에 무해한 수소저장매체로서 장점이 매우 많다”고 덧붙였다.

AB를 이용한 수소공급시스템으로 무인항공기 비행실증은 지난해 1월 KIST 연료전지연구센터와 한국항공우주연구원으로 구성된 연구팀이 고흥항공센터에서 이미 성공한 바 있다. 하지만 이때에는 외국산 AB를 이용한 것이었으나 이번 원익머트리얼즈에 의해 직접 생산된 국산 AB를 적용함으로써 이제 우리나라도 신개념 수소저장기술을 확보하게 됐다는 점에서 매우 의미가 크다.

AB 합성 및 정제 연속 공정 시스템을 구축해 경쟁사 대비 높은 합성 수율과 고순도 품질을 확보할 수 있는 기술을 확보하였고 ‘AB의 합성 시스템 및 이를 이용한 AB의 제조방법’에 대한 특허도 등록했다. AB는 취급이 용이한 캡슐 형태의 작은 양의 흰색 고체물질로 제조돼 수소를 이용한 스마트폰용 고용량 배터리와 같은 전력을 발생시킬 수 있어 향후 그 이용이 대폭 늘어날 것으로 예상된다.

현재의 수소저장기술인 압축수소나 액화수소는 압축수소의 경우 부피밀도가 낮고 안정성 이슈가 있으며, 액화수소는 부피밀도가 상대적으로 높으나 기화손실 등으로 장시간 저장이 어렵고 가격이 고가여서 경제적으로 가솔린을 대체할 수 없다는 지적이 많았다. 그 대안으로 금속수소화물, 흡∙탈착 및 탄소, 화학적 방법 등 2세대 수소저장기술이 제시돼 왔다.

또한, 붕소수소화나트륨(NaBH4)을 사용하는 기존의 수소저장시스템은 수소저장능력이 적어 오랜 시간 운행해야 하는 항공기나 자동차에 적용하기 어렵고 재생 경제성도 없는 것으로 나타났다.

한편 AB 수소저장기술은 미국이 약 70 % 이상을 독점해 왔다. 암모니아보란, 금속붕소수소화물 등의 붕소계 수소저장소재는 미국 에너지부의 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소(PNNL), 로렌스 리버모어 내셔날 레버러토리(LANL), 다우, 밀레니엄 셀 등이 특허권을 갖고 있었다.

 

▲ 본체결합을 마치고 비행기날개를 체결하는 모습.
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