오현철 경남과기대 교수 주도
새로운 흡착 현상 최초 발견
기존 3배량 흡착 분리 가능
美화학회지 표지논문 선정
2020-08-04 강민중
‘인공태양’이라 불리는 미래 에너지 ‘핵융합에너지장치’. 그 핵심 원료인 ‘중수소’를 더욱 많이 효율적으로 얻을 수 있는 신기술을 지역 대학 교수팀이 개발했다.
경남과학기술대학교는 4일 오현철 에너지공학과 교수팀이 ‘플렉시블 금속·유기 골격체’에서 중수소에 의해서만 기공이 열리는 흡착 현상을 세계 최초로 발견했다고 밝혔다. 환경오염 걱정없이 영구히 사용할수 있는 꿈의 에너지원에 한발 더 다가서게 된 것이다.
연구는 오 교수팀을 비롯해 UNIST 문회리 교수, 한국원자력연구원 오인환 박사 공동으로 진행됐고 울산대 강성구 교수, FRM-II 박지태 박사가 참여했다. 이 내용은 미국화학회지(JACS) 온라인 속보(7월 14일자)로 공개됨과 동시에 표지 논문으로도 선정됐다.
‘중수소’는 수소의 동위원소로 원자력 발전과 연구용 장비 등에 쓰이는 대체 불가능한 자원이다.
수요에 반해 지구상에 존재하는 중수소는 전체 수소 중 0.016%로 극히 미미한 수준이다. 수소 혼합물에서 중수소를 분리하기도 어려워 고가에 거래되고 있다.
플렉시블 금속·유기 골격체는 외부의 자극에 대해 반응해 구조가 바뀌면서 기공 크기가 변하는 독특한 성질의 다공성 물질이다.
특히 기체의 종류나 압력에 의해 선택적으로 기공이 팽창할 수 있기 때문에 복잡한 설계 없이 크기가 다른 기체를 분리하는 데 활용할 수 있다. 그러나 크기나 모양이 같은 동위원소의 경우는 분리가 거의 불가능하거나 매우 정밀한 설계가 필요했다.
오 교수는 “대표적인 플렉시블 금속·유기 골격체인 ‘MIL-53’에서 특정 온도·압력 하에서는 중수소에 의해서만 기공이 열리는 호흡 현상이 존재한다는 사실을 처음 발견했다”면서 “플렉시블한 다공성 물질이 특정 동위원소에 의해서만 기공이 열리는 현상을 처음 보고한 연구라 학계에서 더욱 의미가 있다”고 밝혔다.
그러면서 “이를 활용하면 복잡하게 분리 시스템을 설계하고 가공하지 않아도 경제적인 동위원소 분리, 중수소 농축이 가능하다”면서 “동위원소에 선택적인 나노 다공성 물질의 지능형 설계에 새로운 기회를 제공할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.
한편 기존 연구에서의 중수소 분리 양은 다공성 물질 1g당 중수소 최대 12㎎에 그쳤다. 반면 이번 연구진이 발견한 새로운 흡착 현상으로 인해 발생되는 추가적인 중수소 흡착량은 1g 당 중수소 32㎎으로 거의 세배에 이른다.