다양한 쓰임의 나노 다공성 물질
우리 주변에 흔히 존재하는 기체는 질소, 산소, 이산화탄소, 그리고 수증기이다. 산소는 우리가 호흡하는 데 필요하고, 이산화탄소는 식물의 광합성에 사용된다. 질소는 공업적으로 암모니아를 만드는 데 이용이 되고, 이 암모니아는 질소 원자가 포함된 각종 화합물을 합성하는 원료로 사용되거나 아니면 비료로 사용되어 작물을 성장시키는 데에 매우 유용하게 이용된다. 물론 산소와 이산화탄소도 여러 가지 공업적 용도를 지니고 있다. 이런 기체들을 사용하려면 용기에 담아야 하는데, 기체는 밀도가 낮아서 일정 부피에 액체보다 매우 적은 양밖에 존재하지 않는다. 그래서 튼튼한 고압용기에 압축을 하여 기체의 밀도를 증가시키는 저장 방법이 흔히 사용된다. 아마도 한두 번쯤은 둥글고 길쭉한 용기를 본 적이 있을 것이다.
▲ 김자헌 교수팀은 이번 연구 성과에 힘입어 앞으로 더욱 연구에 박차를 가할 것이라고 각오를 다졌다.ⓒ대한뉴스
1g으로 축구장을 덮다
김자헌 교수팀이 이번에 개발한 나노다공성 MOF는 1g이 1만㎡ 크기의 운동장을 덮을 수 있을 정도의 세계 최대의 표면적을 갖는 기초원천소재이다. 즉, 신물질 1그램이 갖는 표면적이 100m×100m 넓이로 축구장 보다 훨씬 더 넓다. 이 값은 기존의 다공성물질보다 무려 60%나 증가된 것이며, 다공성 물질이 가질 수 있는 최고값에 근사한 것으로 추정되고 있다. 신물질 MOF는 수소를 연료로 사용하는 자동차나 가정용 연료전지의 작동에 필수적인 수소 저장 물질 및 기술 개발에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다. 보통 표면적이 큰 물질은 많은 양의 기체를 저장할 수 있다. 이번에 개발된 물질은 수소를 -196°C, 80기압에서 15중량 퍼센트까지 저장할 수 있어서, 기존의 최대 다공성물질 보다 50% 증가된 저장량을 갖는다. 이 물질을 사용하면, 현재 수소저장을 위해 사용 중인 700기압 고압용기에 저장하는 양의 수소를 -196°C에서 1/7의 낮은 압력으로 저장할 수 있어 안전하게 많은 양의 수소를 저장할 수 있다. 또한, 이번에 개발된 신물질 1 그램은 이산화탄소를 상온, 50기압에서 2.9 그램이나 저장할 수 있어서, 기존보다 무려 60% 개선된 물성을 갖는다. 이러한 성질을 이용하면 이산화탄소를 지중 매설하기 전에 지상에서 임시 보관하는 데에 유용하게 사용할 수 있다.
다량의 수소를 저장할 수 있는 새로운 재료의 필요성이 대두되는 시점에서 다공성 물질의 표면적 향상은 저장용량의 증대로 이어져 수소뿐만 아니라 이산화탄소의 포획과 같은 생태학적 응용에도 새로운 지평을 열 것으로 전망된다.
김 교수팀은 2007년에도 세계 최대 수준의 4.7nm 크기의 공동을 갖는 하이브리드 화합물(MOF)을 합성하는데 성공한 바 있다. 김자헌 교수는 “꾸준히 해왔던 연구이기 때문에 이번 성과는 더욱 값지다고 할 수 있습니다. 앞으로도 연구에 매진하여 더 좋은 성과를 내도록 하겠습니다.”라며 포부를 밝혔다. 앞으로 주마가편(走馬加鞭)식 행보로 연구에 박차를 가할 숭실대 김자헌 교수의 열정과 땀에 박수를 보내는 바이다.
한태윤 기자
Off Line 내외대한뉴스 등록일자 1996년 12월4일(등록번호 문화가00164) 대한뉴스 등록일자 2003년 10월 24일 (등록번호:서울다07265) On Line Daily (일간)대한뉴스 등록일자 2008년 7월10일 (등록번호 :서울아00618호)on-off line을 모두 겸비한 종합 매체입니다.
