지난 5월1일~3일 kbs울산방송국에서 ‘2008 녹색에너지 산업전시회’가 개최되었다.
박맹우 울산시장을 비롯해 본사업단장 김종원단장 및 지역 국회의원과 내외 귀빈 500여명이 참석한 가운데 개회식을 하고 3일간의 전시회를 마쳤다.
본사업단은 수소사회모형, 모형수소자동차, 열화학적 수소제조모형 등을 전시회에 전시하여 일반 대중들에게 미래에너지인 수소에너지에 대해 알기쉽게 설명하였다. 특히 모형수소자동차의 시연으로 관람객들의 호응을 얻었다.

지난 4. 8일 서울 메리어트호텔에서 본사업단 제9차 운영위원회가 개최되었다. 설용건위원장(연세대)을 비롯 12명의 위원들이 참석한가운데 진행되었다.
보고안건으로는 2단계 2차년도 진도관리 평가 결과보고가 있었고 의결안건으로는 운영규정 개정(안), 2단계 3차년도 사업계획 및 예산편성(안)등이 있었다.

4.10~11일 전북대학교에서 한국분말야금학회 춘계학술대회 가있었다.
분말야금학회 특별 세션으로 본 사업단 수소저장 연구참여자 지승훈교수, 최승훈박사, 김해진박사, 남석우박사, 한상섭박사, 홍성현박사, 박수진교수, 강정구교수의 수소저장 특별세션 발표가 있었다.

BMW의 수소내연기관자동차가 드디어 한국에 왔다. 미국을 비롯한 세계의 주요 자동차제작사가 수소연료전지자동차의 개발에 전념하는 중에도 BMW에서는 1978년 이래 수소내연기관자동차(이하 H2ICEV; Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle)의 개발을 의욕적으로 추진하여 왔다. BMW가 H2ICEV를 포기하지 않는 이유 중의 하나는 운전하는 즐거움(Fun to Drive)에 있다. 모터사이클로 유명한 할리데이빗슨의 가장 큰 매력이 ‘텅텅 터덩텅’하는 독특한 머플러 소음이라던가? 가속페달을 밟음에 따라 즉각 반응하는 차체와 이에 수반하는 듣기 좋은 엔진음은, 경미한 모터와 블로워 소리만이 들리는 연료전지자동차에서 느낄 수 없는, 내연기관자동차만이 갖는 영원한 매력일 것이다. 생각해보라 연료전지자동차가 경주하는 엔진 배기음 없는 F1 그랑프리가 얼마나 썰렁할 것임을 ...

본론으로 들어가서, BMW가 이번에 선보인 H2ICEV인 "Hydrogen 7"은 대형세단 7시리즈의 최상급 모델인 760Li를 베이스로 한 수소-가솔린 바이퓨얼자동차이다. 바이퓨얼이란 수소 또는 가솔린의 2가지 연료를 번갈아 사용하여 주행할 수 있다는 기술적 의미로서, 수소충전인프라의 부족에 대응하기 위한 것이다.
"Hydrogen 7"은 Linde사의 이중 진공단열탱크에 영하 250℃의 액체상태(LH2)로 저장된(최대 8kg 저장) 수소연료로 200km를 주행할 수 있고, 기존의 연료탱크에 저장된 가솔린으로 500km을 주행할 수 있다. 주행중에도 스티어링휠에 부착된 버튼을 누르면 곧바로 연료의 전환이 가능하여 운전자는 수소 부족에 따른 불편함을 느끼지 않는다. 엔진은 배기량 6리터의 12기통(V12)으로서 가솔린은 실린더 내에 직접 분사되나 수소는 흡기관을 통해 공기와 혼합되어 실린더에 공급된다. 엔진 성능은 수소와 가솔린 모두 동일하게 셋팅되어 최대출력은 191kW/5,100rpm, 최대토크는 390Nm/4,300rpm이고, 최고속도는 230km(cut off), 0⇒100km/h의 순간가속도는 9.5초이다.
시승은 방이동 올림픽공원 앞의 수킬로미터 구간을 2차례 왕복 주행한 것에 그쳤다. 경기도 이천에 설치한 수소충전소까지의 코스도 있었으나 시간이 허락하지 않아서 짧은 거리를 주행한 것은 아쉬움이 남는다. 잠깐의 주행으로 "Hydrogen 7"의 성능을 평가하기는 턱없이 부족하나, 베이스모델의 최대출력인 320kW/5,100rpm에 비하면 출력이 현저히 낮은 탓인지 시내주행의 짧은 가속구간에서도 파워 드라이빙은 기대하기가 어려웠다. 다만 주행중에 수소와 가솔린을 전환하여도 연료 변경에 따른 엔진 성능의 변화를 전혀 느낄 수 없었던 것은 BMW의 기술력을 느끼게 하였다. BMW에서는 조만간 소량 생산하여 판매할 것으로 보이나, 양산모델에서는 동력성능이 보다 개선될 것으로 기대된다.

BMW의 세미나자료에도 기재되어 있듯이, 프랑스의 공상과학소설가 Jules Verne은 1874년의 저서“The Mysterious Island”에서 “Water is the coal of the future. The energy of tomorrow is water broken down into hydrogen and oxygen using electricity. These elements will secure the earth's power supply for an indefinite period'라고 미래의 수소에너지 사회를 정확히 예측하였다. 무려 130여년 전의 예언이 지금에 실현되고 있음에도 불구하고, 현세의 우리는 10?20년 이후의 수소자동차가 내연기관이냐 연료전지냐로 아직도 논란을 거듭하고 있는 상황이니 아이러니하다.
여하간에, BMW의 “Hydrogen 7"은 좀더 기술적으로 성숙되면 미래의 수소경제에 일조할 것으로 전망된다. 연료전지자동차의 기술적 난제(가격, 내구성 등)가 좀처럼 해결 기미를 보이지 않아서, 수소경제를 실현하기 위한 중간기술로 수소내연기관자동차가 조심스럽게 부각되고 있는 가운데, 개인적인 생각으로는 수소내연기관자동차 쪽이 이미 확립된 내연기관 양산기술을 활용한 보다 빠른 수소경제를 실현하기 위한 지름길이 아닌가 생각된다.

영국의 수소 및 연료전지 연구는 에너지 관련 연구 프로그램 중 대표적 프로젝트인 SUPERGEN (Sustainable Power Generation and Supply)에 의해 지원을 받고 있다. 우선 수퍼젠프로젝트의 정책 수립 배경과 정책적 지원, 현재까지의 연구 진행 방향과 향후 계획을 살펴봄으로써 에너지관련 기술에 대한 영국의 접근 방법과 최신 기술 동향을 파악해 볼 필요가 있다.
수퍼젠(Sustainable Power Generation and Supply - SUPERGEN) 프로젝트는 지속가능한 동력 생산과 공급에 관한 새로운 접근 방법 모색을 포함하여 에너지 산업 전반에 관한 광의의 정부 프로젝트로써, EPSRC(Engineering and Physical Sciences Biological Sciences Research Council - 공학과 물리적 연구 카운실), BBSRC(Biotechnology and Biological Sciences Research Council - 생물공학과 생물학 연구 카운실), ESRC(Economic and Social Research Council - 경제학과 사회학 연구 카운실), NERC(Natural Environment Research Council-자연 환경 연구 카운실)과 Carbon Trust의 지원을 받아 운영하는 다학계간의 공동연구 프로젝트이다. 최초의 컨소시엄은 2003년 1월에 발족 하였으며 그 이후로 12개의 컨소시엄들이 뒤를 이었으며, 대부분 4년간의 연구 기간을 확보/지원 받고 있다.
영국에서 지속 가능한 동력 생산과 공급에 필수적으로 따르는 환경 가스 배출문제에 대한 근본적인 대책 마련을 위해 관련분야의 총체적인 기술력 배양을 목적으로 설립된 연구 펀드로써 미래 지향적인 영국 및 까다로운 EU 환경 정책에서 요구하는 목표를 달성하기 위한 기술적/공학적 능력 함양을 목표로 하고 있다. 지속가능한 에너지 원의 확보를 위해 최신의 연구를 선도하며 다양한 기술 분야에 대한 지원을 아끼지 않고 미래형 에너지원으로서의 가능성을 모색하고 있다.
산학계의 공동 컨소시엄, 다학계간 연구와 파트너쉽을 통해 유기적으로 협력하여 프로젝트를 진행함으로써 서로 간에 점진적인 진행 보다는 상호 물적/인적 교류와 아이디어 공유를 통해 연구성과의 획기적인 약진을 기대하고 있는 프로젝트이다.

2003년에 설립된 최초의 컨소시엄을 기두로 현재까지 13개의 컨소시엄이 설립이 확정 되었고 그 중 11개의 컨소시엄이 연구 지원을 받아 활동 중에 있음.
이 컨소시엄들은 환경/에너지 관련된 정책과 연구 진행 방향에 대한 새로운 플랫폼 형성과 개발을 통해 에너지 발생 및 공급에 관한한 새로운 여러 제품을 개발하고, 기존 제품의 효율을 높이며 환경 친화적인 생산 공정을 개발하는데에 공헌하도록 기획되어짐. 특히 차세대는 물론 그 이후 세대 정도에서 활용을 논할 정도의 기술까지 지원 대상으로 포함시킴.

무공해의 효율 높은 에너지 생산 장치인 연료전지 특히, 보다 강력하고 수명이 향상된 연료전지를 개발하는 것이 연구목표이다. 바이오 알코올부터 디젤에 이르는, 연료전지의 사용 연료 다양화를 꾀하고자하며 3가지 타입의 연료전지를 연구 대상에 포함시키고 있다.
평판형(planar type) 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)의 경우, 생산 공정인 구속 소결(constrained sintering) 공정에 대한 분석과 이해도를 높여 누수율 0%의 전해질 층(electrolyte layer) 성형 공정개발을 목표로 함. 이외에도 현재까지 상업화 된 연료전지의 에너지 감손율을 절반 이하로 낮추어 연료전지의 에너지 밀도(energy density)를 획기적으로 향상시킴과 동시에 연료전지의 내구성도 적절한 수준으로 끌어올리기 위한 연구를 병행함. 연료전지의 사용 가능 연료를 고순도의 수소에만 국한 하지 않고, 일산화탄소(CO) 및 재생 가능 연료원까지 확대하기 위한 연구를 수행중.
프로젝트 진행을 R&D에만 국한하지 않고 다각화 시킴. 그 일환으로써 이공계 학생을 대상으로 연료전지에 관한 대학 학부과정 수업을 개발 현재 임페리얼 컬리지(Imperial College London)에서 진행 중에 있음.
축적된 관련 자료 및 기술은 EPSRC를 통해 영국 내 많은 대학들이 향후 관련 프로그램을 벤치 마킹하는데에 활용되어질 것으로 예상. 연료전지 전공 수업 과정 개발이외에도 학생 및 연구원들을 위한 training course 개발 등에도 참여하여 영국 내 연료전지 관련 연구를 다양하게 분포하고 연료전지 모형 자동차를 만드는 프로그램을 지원, 포뮬러 제로(Fomular-Zero)라는 연료전지 자동차 경주대회에 참여하도록 독려하여 학생들의 관심과 흥미를 고취시키는 등 연구 개발적 성과 이외에 개발된 기술을 기업체, 학계에 고루 분산시키고자 많은 노력과 투자를 하고 있음. 고분자 연료전지(PEMFC), 고체 산화물 연료전지(SOFC), 고온용 고분자 연료전지, 중/저온용 고체 산화물 연료전지와 군사용 연료전지등을 연구 대상으로 포함. 런던의 임페리얼 컬리지(Imperial College London), 뉴카슬의 뉴카슬 대학(University of Newcastle upon Tyne)에서 주도적인 연구. 4년간 $4.2million 지원하고 있음.  

이 콘소시엄에 참여하고 있는 기관은 다음과 같음.

(2) 수소와 탄소의 결합 형태로 존재하는 연료를 사용하기 위해서는 선 개질처리(pre-reforming)가 필요함. 예) natural gas, LPG, propane, butane, alcohols, diesel, gasoline

(3) 연료전지의 가동 중에 생성된 스팀(steam)은 효율적인 화학반응을 저해 시켜 연료전지의 효율을 떨어뜨림. 스팀의 개질 처리가 필요함.

(4) 부수적으로 생성된 황(S)은 구성품에 부식을 일으킬 수 있음. 10wt ppm 이하로 제어하여야 함.

(5) 일반적인 SOFC 재료의 탄성 열팽창 특성에 의한 응력 및 변형.

(6) SOFC 부품 내부의 잔류응력.

(7) 리독스 사이클(redox cycle)에 의한 결함 발생.

- 연료극(anode)에서의 리독시(redox-산화-환원반응) 문제. 대표적인 연료극재료인 Ni/YSZ가 산화-환원반응을 거치면서 부피가 변화하는 문제로서 SOFC 재료의 결함을 야기함. 연료전지의 초기 정상 가동 중에 Ni0는 환원 화학반응을 통해 Ni가 되며 부피 감소가 일어난다. 가동 중 어떤 연유에 의하여 연료의 공급이 차단되거나, 연료 전지의 가동을 중단하여 연료 공급이 중단 되게 되면 환원 하였던 Ni는 다시 산환하여 Ni0가 되며 이는 그림 9-11에 도식화 되어 있음. 이 과정에서 발생하는 부피 증가량이 앞선 환원반응에서의 부피 감소량보다 과도하게 되며 이는 연료전지 각 부품에 인장 응력을 발생시켜 결국은 찢어짐(crack), 박리(delamination)등의 기계적 결함으로 나타나게 됨.
- 리독스 사이클에 의한 기계적 결함 발생은 여러 가지 방법을 동원하여 electrolyte layer과 cathode layer를 강화하려는 시도가 있어 왔으나, 파손까지의 리독스 사이클 횟수를 늘릴 뿐 결국은 파손을 일으키게 됨. 현재까지 궁극적인 해결책을 모색하고 있는 중.

연료전지는 급증하는 에너지 수요에 대하여 그 활용측면에서, 그리고 친환경적 가동 조건으로 인해 재생 가능 에너지원으로써 범세계적인 관심속에 연구가 진행되고 있음.  

(1) 대체적인 연구 진행 방향은 효율이 우수하면서 가격 경쟁력이 있는 제품을 개발하고자 하는 것임.

(2) 각각의 수요와 활용처에 맞게 휴대용 연료전지로는 양성자 교환막 연료전지(PEMFC)가 대세를 보이며, 그 이외의 수송용과 발전용으로는 SOFC가 괄목할 만한 기술적 성과 속에 많은 관심을 끌고 있음.

(3) 활용처가 제한적이지만, 우주 왕복선용으로 알카리형 연료전지(AFC)가 개발 주에 있음. AFC는 고순도의 수소를 연료로 사용하며 생산 단가가 고가인 문제가 있으나, 우주 왕복선용으로는 가격 경쟁력이 있음. 더불어 고효율을 자랑하며 고순도의 수소를 사용함으로써 순수한 물을 생산, 우주인들에게 양질의 음료 제공이 가능함.

(4) 전체 연구 트랜드인 연료전지의 효율성 높이기, 가격 경쟁력 갖추기에 보조를 맞추면서 각각의 개별 연구 기관이 세부 목적을 가지고 독자적/연합적인 연구를 행하고 있음.

○ 연구내용의 개괄적 방향과 관련 인력들은 연구 홍보를 위해 적극적인 홍보를 하고 있으나 세부적인 연구 성과 및 정책적 지원 방향과 개발 제품에 대해서는 철저히 기밀을 유지함.

○ 특히 최근 사업화가 가시적인 연구부분에 대해서는 기술 기밀유지에 많은 노력을 기울임.

(5) 연료를 다양화시키기 위한 노력도 집중적으로 연구해야할 대상, 여기에는 순도가 낮은 연료를 사용하여 연료전지를 운전하는 것도 포함됨. 저질의 연료를 사용함으로써 연료 정제과정을 생략가능케 함.

(6) 휴대용 전자 기기의 사용이 증가 하고, 마이크로 연료전지에 대한 수요가 높은 만큼 관련 분야에서도 활발한 연구가 진행될 것으로 예상.

수퍼젠 프로젝트 내에서 진행되는 고체 산화물 연료전지(SOFC)에 관한 연구에서 알 수 있듯이 대학과정에 해당 전공과목을 개설하여 학사 전문 인력을 육성 하는 것은 석사과정 이상의 고등 학위 과정에서 보다 빠른 적응과 기술 개발을 이끌 수 있도록 유도함을 목적. 특히 연료 전지 학사 전문 인력은 학사 인력으로서 전지 관련분야에서 활동하게 되며 이는 다양한 형태의 전문 인력을 공급이 가능하게 함.
영국 내에서 연료전지 관련 분야에서 연구하는 대학 교수들은 자신의 연구 노하우를 살려 벤처 기업을 창업하는 것이 일반적임. 영국 내 다양한 연구 펀드와 정책이 이런 벤처 기업들이 기술적 경쟁력을 갖춘 중소기업으로 전환 되도록 지원하고 있음. 연구에 몰두하여 신흥 기술이 시장에서 경쟁력을 잃어버리기 전에 대학차원에서도 정책적인 지원을 통해 회사를 설힙할 것을 독려함. 대학 연구소에서 파생된 기업 중 극히 소수만이 성공적인 도약을 이뤄내지만, 그 소수의 기업이 결국 대학 측에도 많은 이득을 가져다 줄 수 있음.
연료전지 기술이 여러 전문 분야의 기술이 섞여있고 집약되어 있는 분야이기 때문에, 새로운 기술의 진보를 위해서는 연구원들이 기술 교류를 할 수 있는 장(place)이 자주 마련되어야 함. 영국 내에서 대학 간 세미나 형태의 만남은 아주 일반적임. 임페리얼 컬리지의 경우, 연료전지 관련 세미나가 매월 2~3회 정도 개최되며 초청강사는 유럽뿐 아니라 세계 각지에 있는 전문가들이 강연을 맡고 있음. 굳이 국제 학술대회에 참가하지 않더라도 연구원들 간에 아이디어 공유와 많은 기술적 교류를 이뤄낼 수 있도록 유도함.

지속가능한 에너지원의 하나인 수소의 생산, 저장, 분배와 운반에 관한 연구. 수소를 상업적 에너지원으로 활용하는데에 장애가 되는 거의 모든 문제들을 아우르며 총체적인 해결법을 찾고자 함. 현 시점에서는 수소 생산 공정 연구는 화석 연료를 열에너지로 전환, 혹은 물의 전기분해에 관하여 집중적으로 연구중. 전기 에너지 배선망이 에너지를 생산지로부터 소비지로 운송한다면, 석유와 같은 화석연료 운송원을 대신할 에너지 운송원으로 수소가 가장 선망의 대상으로 연구 중에 있음. 휘발유와 경유 등을 대신하여 수소연료 차량이 대체될 것으로 전망 하고 있으며 이러한 전망을 달성하기 위해 연구 주체들은 재생 가능한 원재료(대부분 생물자원)의 발효로부터 지속적으로 수소를 획득하는 생물학적 생산법을 개발하고 최적화 하는데에 초점을 맞춰 연구. 수소를 안전하고 효율적이며 저 비용으로 저장하는 법을 개발하는 것은 비단 수소에 국한된 기술이 아니라, 에너지 원료 개발 부분에서 중요한 관건임. 수소 저장에 관한 과학적, 기술적 분야에서 그 목적을 적절한 수소 저장 재료를 개발하는 것으로 하여 다양한 연구를 진행중임.

UK-SHEC(United Kingdom Sustainable Hydrogen Energy Consortium)은 2003년에 EPSRC Supergen 선도계획의 일환으로 재생가능 동력생산 및 공급을 가속화하기 위하여 만들어진 것이다.??????

UK-SHEC는 과학, 공학,사회경제학 등의 분야에서 높은 성과를 보일 수 있는 기초 및 응용연구를 통하여 산업, 정책입안자 및 일반 대중과 함께 재생가능한 수소에너지시스템의 이해와 정보 제공, 도입을 하는데 있다.

옥스퍼드의 옥스포드대학과 바쓰의 바쓰대학에서 주도적으로 진행하고 있으며, 이 콘소시엄에 참여하고 있는 기관은 다음과 같음.

2003년 4월부터 4년간 계획으로 시작한 1단계에서는 3.42백만 파운드가 투자되었으며, 주요 연구분야는 수소생산, 고체저장, 사회경제학적 이슈를 다루는 일이며, 영국 전체에 걸쳐 9개기관 11개 연구팀이 참여하고 있다.
2007년 7월부터 4년간의 2단계 사업으로 5.97백만 파운드를 받아, 옥스퍼드대학의 Peter Edwards 교수외 바쓰대학의 Tim Mays가 주관을 하고 있으며, 1단계와 마찬가지로 12개 기관의 17개 연구팀이 참여하고 있다. 1단계에서 수행해 왔던 수소제조 저장 및 이용분야의 승계 발전시켜 나갈 것이다.
2단계는 1단계에서 해 오던 일의 연장인 CORE 분야와 기존 활동의 깊이와 내용을 높이고자 새로운 참여자외 일을 부가시키기 위한 PLUS 분야가 있다.

이들 분야의 연구 분야는 크게 다음과 같다.

Theme 1: Hydrogen Production;

Theme 2: Hydrogen Storage Materials;

Theme 3: Social and Economic Implications;

Theme 4: Interdisciplinary Research; and

Theme 5: Capacity Building.

예를들면 W4.6과제에 TCM(Tyndall Centre Manchester)가 주도하고 있는 분야가 이Tsmsepm 에너지 옵션에 대한 대중의 의견을 좀더 심도있게 이해하는 계기가 될 것으로 보고 있다.

전체적인 총괄표는 다음 표 1과 같다.

(알림-본자료는 한국과학기술정보원에서 발간한 “유럽의 에너지환경정책”(정선화외) (2008.3.31)“에서 발췌인용하였음을 밝히며, 인용을 허락해준 정선화박사님께 감사드립니다.)

첫 번째 수소방출 후 생성물을 R2NBH2의 모노머 형태로 안정한 화합물 합성

유기금속촉매를 이용하여 AB의 두 번째 수소를 방출하고 생성되는 화합물의 구조 확인과 양자계산을 통한 메카니즘 제안

얻어진 결과를 분석하여, 촉매 변화를 통하여 재생이 용이한 생성물 유도

국내에서 연구가 미비하였던 AB 분야의 집중적인 연구를 통하여 국내 수소저장연구에 새로운 방법과 방향을 제시한다.

AB 수소발생 촉매의 개발과 수소방출 메카니즘 규명을 통하여 효율적인 수소저장 방법을 제안하고 이 결과를 통하여 경제적인 재생공정 개발에 파급효과를 준다.

Lee, Jong-Dae; Kim, Sung-Kwan; Kim, Tae-Jin; Han, Won-Sik;, Lee, Young-Joo; Yoo, Dae-Hwan; Cheong, Minserk; Ko, Jaejung; Kang Sang Ook, Dicarbollylamine Ligand as a Tunable Template for σ, σ- and π,σ-Bonding Modes:Syntheses, Structures, and Theoretical Studies of η5; η1-Coordinated Constrained-Geometry Group 13 Metal Complexes. Journal of the American Chemical Society (2008) ASAP.

Lee, Jong-Dae; Lee, Young-Joo; Son, Ki-Chul; Cheong, Minserk; Ko, Jaejung; Kang, Sang Ook, New Types of Constrained Geometry Group 4 Metal Complexes Derived from the Aminomethyldicarbollyl Ligand System: Synthesis and Structural Characterization of Mono-dicarbollylamino and Bis-dicarbollylamino Group 4 Metal Complexes. Organometallics (2007), 26(14), 3374-3384

Ok, Myung-Ahn; Hahn, Jong-Sok; Shin, Dae Ho; Kang, Sang-Ook; Kim, Tae Eung. Bis-arylaryloxy catalytic system for producing ethylene homopolymers or ethylene copolymers with a-olefins. U.S. Pat. Appl. Publ. (2007), US 2007249490

Son, Ho-Jin; Han, Won-Sik; Lee, Kuk Hwa; Jung, Ha Jin; Lee, Chongmok; Ko, Jaejung; Kang, Sang Ook. Electrochemical Deposition of End-Capped Triarylamine and Carbazole Dendrimers: Alternate Technique for the Manufacture of Multilayer Films. Chemistry of Materials (2006), 18(25), 5811-5813

Son, Ki-Chul; Lee, Young-Joo; Cheong, Minserk; Ko, Jaejung; Kang, Sang Ook. Constrained-Geometry Aluminum Complexes with η5; η1-Coordination: Syntheses, Structures, and Theoretical Studies of Dicarbollylamino Aluminum(III) Complexes. Journal of the American Chemical Society (2006), 128(37), 12086-12087

Lee, Jong-Dae; Ko, Jaejung; Cheong, Minserk; Kang, Sang Ook. Syntheses and Crystal Structures of Intramolecularly Stabilized Organo Aluminum, Gallium, and Indium Compounds Containing the C,P-Chelating o-Carboranylphosphino Ligand [o-C2B10H10(CH2PMe2)-C,P]- (CabC,P). X-ray Structure of Pentacoordinated Group 13 Metal Complexes (CabC,P)2MX (M = Ga, In; X = Cl). Organometallics (2005), 24(24), 5845-5852

일본 토요다 자동차 와타나베 회장이 지난달 13일 연료전지차 관련 인터뷰에서 “환경 친화형 연료전지자동차를 만드는 일을 계속해가고 있지만 상용화하려면 시간이 필요하다”고 말한 것이 보도됐었다. 아직은 가격이 너무 비싸고 충전소 등 인프라가 필요하다는 문제점을 지적한 것이지만 사실 그 동안의 기술적인 진전은 괄목할 만한 것이었다. 지난 2월말 일본에서 개최된 연료전지엑스포 2008에서 보았듯이 현재 어느 정도 성능을 구현하는 시스템 제작이 가능하다는 인식하에 비용절감, 성능 및 내구성 향상을 위해 연료전지 내부에 대한 이해를 높여야 한다는 것이 주된 흐름이며 나노기술의 역할에 큰 기대를 걸고 있다.  

연료전지란 수소와 산소의 전기화학적인 반응으로 직접 전기를 얻는 발전기와 같은 것이며 이 과정에서 열과 물이 생긴다. 대표적인 고체고분자연료전지의 경우 연료극으로 순수한 수소를 공급하면 백금촉매에 의해 수소분자가 프로톤이 되면서 고분자막을 통해 반대 극으로 이동하게 되며 이곳에서 프로톤이 외부 회로를 통해 전달된 전자를 받아들여 산소와 반응해 물이 되고 전기가 생기는 것이다. 백금은 수소분자로부터 프로톤을 만드는 중요한 역할을 하고 있으며 가격도 비싸 사용량을 줄이거나 대체물질을 찾으려는 노력이 계속되고 있다. 화석연료 개질로 수소를 만들 때에 여러 과정을 거쳐도 CO가 미량 남아있게 되는데 CO는 연료전지에서 수소분자로부터 프로톤을 만드는 중요한 역할을 하는 비싼 백금촉매의 활성을 떨어뜨리는 물질이다. 보도된 바에 따르면 수소정제과정을 획기적으로 개선시킬 수 있는 촉매가 개발됐다는 것이다. 통상적으로 사용하는 루테늄-백금 촉매는 70℃ 정도 되어야 활성을 보이는데, 루테늄 나노입자 주위에 백금원자 1-2개 층을 만든 새로운 형태의 촉매는 실온수준인 30℃라는 낮은 온도에서도 강한 활성을 보인다고 한다. 그 이유로 첫 번째 드는 것이 나노구조체 기술로서 백금입자를 루테늄의 특정위치에 정확히 위치하도록 하면 이 구조에서는 순수백금보다 CO와 약한 결합력을 가져 산소가 들어와서 반응할 수 있는 공간을 제공해 준다는 것이다. 두 번째로는 '수소의 도움을 받는 CO 산화'라고 하는 새로운 반응 메커니즘으로 원자상태의 수소가 산소분자와 하이드록시 중간체 (-O-O-H)를 만들고 이것은 쉽게 원자상태의 산소가 돼 CO와 결합, CO2로 산화시킴으로서 좀 더 많은 수소분자가 연료전지에 공급되도록 해준다는 것이다.
우리가 궁극적인 청정에너지라고 말하는 태양에너지를 제대로 이용하려면 오랜 역사를 통해 태양에너지를 축적하는 기술을 진화시켜온 식물체를 제대로 이해하고 이를 실제로 구현할 수 있어야 한다. 광합성은 지구상에서 25억년 전부터 존재해온 생물학적인 과정으로서 태양에너지를 받아들여 생물체 즉 연료가 될 수 있는 물질로 바꾸어 왔다.
현재 태양광을 이용해 물을 분해, 수소를 생산해내는 방법으로서 광촉매를 이용하는 기술이 개발되고 있기는 하지만 광촉매로 사용되는 반도체물질이 가시광 영역의 빛은 잘 이용하지 못하는 특성을 보여 효율이 낮다는 문제가 있다. 자연 상태에서 식물의 광합성 메커니즘을 보면 가시광을 보다 더 많이 이용하고 있음을 알 수 있는데 가시광을 흡수하는 클로로필(chlorophyl)이 있기 때문이다. 이를 모사하는 시스템을 만들려면 기본적으로는 자연계에서 일어나는 원리를 흉내 낼 수 있는 많은 기능을 가진 다성분 분자를 설계하는 일, 이를테면 클로로필을 대신해서 빛에 의해 여기될 수 있는 중앙에 금속이온 루테늄이온(II)을 갖는 복합체를 합성하고 자연계에서와 같이 다핵의 망간복합체와 연계시키는 일이 우선돼야 한다. 이 역시 나노복합체 기술이 응용되는 분야인 것이다.  

이와 유사한 시스템으로 최근 광합성 과정 중 식물에서 일어나는 물의 산화과정과 전자이동을 모사하는 촉매시스템의 가능성을 보여주는 실험이 성공한 것으로 지난 1월 보도된 바 있다. 이 공정에 대한 핵심은 산화이리듐촉매와 이룰 둘러싼 염료 분자들로 된 2nm 정도크기의 미세한 분자복합체에 있다. 아직 효율이 낮은 수준이기는 하지만 나노기술의 활약이 기대된다.  

출처 : 가스산업신문(2008-04-04 오후 8:54:38)