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일본의 수소 관련 혁신재료

전문가 제언: ○ 일본의 WE-NET 프로젝트에서 수행된 자성냉동 수소액화와 데칼린/나프탈렌 유기 수소화물 및 음극재료로 Pt를 대체하는 tantalum oxynitrides 에 관한 성과에 대한 평가다.

○ 자성냉동은 1990년대에 미국의 Astronautics사와 Ames 연구소에 의한 공동연구에서 자기냉동이 실현 가능한 기술이며, 가스액화, 음식 냉동 및 저장, 대규모 건물 공조 등에 있어서 기존의 증기 압축냉동에 필적할 만하다고 밝힌 바 있다. 더 최근의 연구개발 노력은 자기장 원(source)으로 NdFeB의 복합물 영구자석배열을 이용한 회전식 자기냉동기가 카르노효율의 60%와 성능계수 4.5에 이를 수 있을 것으로 발표하였다.

– 그리고 자기냉동은 오존층 파괴물질(CFCs)이나 온실가스(HCFC's와 HFC's)를 사용하지 않기 때문에 깨끗한 환경을 만드는 데 기여하고, 동시에 상용 Gd으로부터 거대한 자기열량효과를 가진 GdSiGe 복합물을 kg 단위로 생산할 수 있는 정도로 연구가 진전되었다.

○ 유기 화합물의 수소화, 탈수소반응에는 5분자의 수소를 출입시키는 데칼린/나프탈렌은 이들을 동일계인 1-메틸나프탈렌, m-크실렌과 혼합액으로 하면 반응과 수송에도 용이하다. 연료전지차가 400km 주행하는데 수소 4kg이 필요하다. 현행의 압축 수소형 연료전지차로는 100kg의 고압용기가 되는데, 가솔린은 54ℓ(40kg)이다. 이것이 데칼린으로는 55kg의 62ℓ의 탱크에 적재하면 4kg의 수소를 발생한다.

○ 시판의 데칼린은 시스와 트랜스 이성체의 등량 혼합물이고 cis-데카린이 트란스체보다 결합 경향이 커서 수소 생성반응을 빨리 진행한다. 시스체는 밀도가 높고 이를 나프탈렌으로부터 선택 생성하는 촉매도 알려져 있는데, cis-데카린/나프탈렌은 수소저장 수송매체로 적절하다.

○ 연료전지의 음극재료에 대한 대체재료는 많은 연구가 이루어지고 있으나, 아직 Pt를 능가하는 재료는 나오지 않고 있는데, 자세한 내용은 ‘수소와 연료전지의 동향과 전망’(손영목, KISTI)을 참조하기 바란다.

저자: K. Sakata , E. Mizutani, K. Fukuda
자료유형: 학술정보