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【과학상식 제332호】수소저장에 암모니아보란(Ammonia Borane) 활용

작성자

신종오

등록일

2016.07.17

조회

0

【과학상식 제332호(15.10.5)】 수소저장에 암모니아보란(Ammonia Borane) 활용

[요약]
  ○ 암모니아 보란(ammonia borane)은 새로운 형태의 화학적 수소 저장체
  ○ 수소를 전기분해보다 훨씬 저렴하게 생산 가능
  ○ 수소를 안전하게 저장하여 사용 가능
  ○ 포터블 연료전지 실용화에 적합한 수단으로 큰 기대
[본문]
  수소는 차세대 대체연료로 주목받고 있는 대표적인 연료이다. 생산에서 저장까지 많은 연구가 진행되고 있으며 괄목할 만한 연구결과도 속속 발표되고 있다. 지금까지는 전기분해와 고온처리에 의한 수소 생산이었는데 생산되는 수소에 비해서 투입되는 에너지량이 많은 것이 결정적 단점이다. 또한 고압탱크에 수소를 저장해야 하는데 용기가 매우 무겁고 폭발의 위험도 따른다.
  암모니아 공정으로 수소를 만든다면 이러한 단점을 상당 부분 극복할 수 있다. 우선 에너지 사용량을 크게 줄일 수가 있다. 물을 전기분해하여 수소 1kg을 생산하기 위해서는 33와트의 에너지가 사용되나, 암모니아 공정으로는 그 22분의 1인 1.55와트의 에너지만 필요하다고 한다. 또한 수소 1kg 당 생산비용이 0.899달러에 불과해 장래 연료전지에의 적용 및 응용 가능성이 높다. 특히 암모니아 보란(ammonia borane)을 이용할 경우 수소 저장 능력이 중량 당 20%에 도달하고 있기 때문에, 가장 매력적인 화학적 수소화합물의 사례가 되고 있다.
 암모니아 보란의 주요 단점은 일단 수소를 연료로 방출한 후 수소를 재주입하여 다시 활용할 수 있는 에너지 효율적인 방법이 없었다. 즉 수소를 방출한 후 암모니아 보란을 적절하게 재활용할 수 없다는 점이었다.
  그런데 최근 미국 로스앨러모스 연구진은 앨라배마 대학 연구진과 협력하여 암모니아 보란의 효율적인 재활용 방안을 개발했다. 연구팀은 폴리보라자일렌(polyborazylene)이라고 불리는 특정 형태의 탈수소화 연료(dehydrogenated fuel)를 이용한 재활용 방법을 찾아냈다.
  고체 형태의 붕소(硼素)화합물인 암모니아보란은 수소저장용량이 매우 높다. 다른 수소저장화합물인 붕화수소나트륨보다 수소저장능력이 2배 이상 많으면서도 가볍다. 상대적으로 작은 무게 및 부피로 많은 양의 수소를 저장할 수 있어 휴대용을 비롯해 대용량 전원공급장치까지 활용성이 클 것으로 기대되고 있다. 암모니아보란을 ‘화학적 연료탱크’로 부르는 이유도 이 때문이다.
 또한 100℃ 이상의 열을 가해주면 수소가 방출되며, 상온저장이 가능해 압축할 필요가 없어 ‘수소연료=폭발’이라는 인식을 불식시키는데도 도움이 될 것으로 기대된다.
  국내 연구진도 지난해 우리 기술로 제조한 암모니아보란을 이용하는 무인비행기의 비행에 성공, 암모니아보란이 수소연료로 상용화 가능하다는 사실을 확인한 바 있다.
[참고자료] wikipedia, Science Times, 대덕넷,  인터넷 자료 등
[정리] 과학상식 보급위원 이영일