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수소 에너지시대가 열리고 있다.

지구표면과 지구를 둘러싸고 있는 대기층에는 그양을 재기 어려울만큼 많은 수자원(水資源)이 있다.

태양열이나 핵분열에너지, 지열, 조력등의 1차 에너지를 이용하여 이 수자원에서 무공해의 수소 에너지를 얻을 수가 있다.

이 에너지를 실제로 이용하기 위해서는 효율적인 저장 방법과 운반 방법이 개발되어야 했다. 그러나 이 점도 수소저장 효율을 높이는 수소저장 합금이라는 첨단 신소재 개발로 해결되어 수소에너지 이용은 새로운 단계를 맞게 되었다.

각종 수송수단 전기생성 냉난방 기구 공작기계등에 다양하게 활용될 수소에너지는 다음 세대 에너지의 주종을 이루게 될 전망이다.

미국 일본 등에서는 수소저장합금이 이미 개발되어 실용화 단계에 있다. 우리나라에서도 70년대 중반부터 이분야에 대한 연구가 시작되었고 최근에는 몇개 대학과 연구소 소에서도 기초연구를 시작했다. 국내 수소저장합금연구의 선두주자 이재영(李在英·48·한국과학기술원·재료공학)박사를 만나 얘기를 들어보았다.

▲수소에너지란 어떤 것이며 어떻게 얻을수 있는 것입니까.

“물을 분해하여 얻을 수 있는 무공해에너지 입니다. 연소해도 연기가 나지 않기 때문입니다. 73년의 석유위기 이래 각국에서 활발히 전개되고 있는 탈석유 기술개발 노력으로 수소생산 기술도 다방면으로 연구되고 있읍니다. 원자력을 이용해 전기분해하는 방식에서 방사선을 써서 물의 분자를 나누는 등 여러가지 방법이 있으나 효율이 나쁘고 핵연료를 쓰는 난점이 있으며 설비투자가 많은 흠이 있읍니다. 그래서 각국의 과학자들은 경제성이 있는 실용화 방법을 꾸준히 개발하고 있읍니다.

이렇게 생산된 수소를 실제로 활용하기 위해서는 효율적이고 안전한 저장방법이 해결되어야 합니다. 그래서 새로 개발한 방법이 수소저장합금에 수소와 반응시켜 금속 수소화물(金屬水素化物·metal hydride) 상태로 저장하는 방법입니다”

▲금속수소화물이란 어떤 것입니까.

“금속수소화물이란 수소저장합금과 수소가 반응하여 형성되는 새로운 화합물의 형태라 할수 있읍니다. 즉 원자번호 1번이며 모든 원소중 가장작은 원자량을 가진, 수소가 스폰지에 물이스며들어 가듯 수소저장합금을 이루고 있는 금속원자들의 규칙적인 배열 사이에 있는 작은 공간에 들어가서 수소의 액체 상태보다 더 밀집된 상태를 이루게 되는 것입니다”

▲수소저장합금으로 수소를 효율적으로 이용할 수 있는 분야는 어떤것이 있으며 산업화에 대한 현황과 전망은···.

“미국의 ‘브룩하벤’ 국립연구소나 ‘인코’사, 일본의 ‘오사카’기술연구소, 일본중화학공업, 마츠시타전기산업 등에서는 수소저장합금을 이용한 수소저장용기를 이미 개발했읍니다.

또 독일의 ‘벤츠’사에서는 수소 자동차를 시험제작하여 시험주행까지 끝냈읍니다.

이밖에 금속수소화물을 이용한 열저장기술을 응용한 히트펌프에도 활용되고 있읍니다. 이방면의 연구는 미국의 브룩하벤 국립연구소, 독일의 벤츠사 등에서 시범적으로 제작되기 시작하여 최근에는 그 실용 가능성이 충분히 인식되기에 이르렀읍니다. 특히 에너지 자원이 빈약한 일본에서는 77년 이후 금속수소화물을 이용한 히트펌프 제작에 8개 이상의 대형 프로젝트가 추진되었으며 최근에는 상품화된 것도 있읍니다. 금속 수소화물을 이용한 조작하기 손쉬운 압축기도 개발되고 있읍니다. 기계적 압축기에 비해 제조가격이 저렴하고 저품위 에너지를 이용할 수 있다는 장점이 있어 환영받는 품목입니다. 또 수소저장합금이 수소만을 선택적으로 흡수한다는 성질을 이용하여 수소의 순도를 높일수 있으므로 반도체공정에 필수불가결하게 쓰이는 고순도 수소를 값싸게 얻을 수도 있읍니다”

▲우리 나라의 개발 현황은 어떻습니까.

“우리나라에서도 70년대 중반이후 부터 수소저장합금에 대한 학문적인 연구가 한국과학기술원 재료 공학부 연구실을 중심으로 착수되었으나 에너지 자원이 빈약한 나라 치고는 이 분야의 개발필요성에 대한 인식이 너무 얕아 활력있게 추진되지 못한 셈입니다. 다른곳에서는 거의 관심을 가지지 않았으니까요. 최근에 와서 몇개 대학과 연구실에서 기초적인 연구를 시작 했읍니다. 그동안 연구한 결과는 합금의 열역학 및 속도론적 연구를 완성했고 최근에는 합금의 실용화에 따른 기본적인 연구를 마치고 국내 여건으로 가장 실용성이 높은 히트펌프 제작에 열을 올리고 있읍니다. 그러나 외국에 비하면 초보단계를 겨우 벗어난 상태입니다.

국내의 수소에너지 산업을 활성화시키기 위해서는 끊임없는 신소재 개발과 효율성 향상을 더욱 주력하고 장기적인 기술투자와 연구 환경의 대중화가 필요합니다. 특히 이 분야의 연구인력이 일본과 비교할때 절대인력 비율이 약 1백대1이라는 사실은 자원빈국이라는 실정에 비춰 한번쯤 다시 생각해 보지 않을 수 없읍니다”

서울대학교 금속공학과를 나와 미국 스탠퍼드대학에서 박사학위를 받은뒤 줄곧 이 분야를 외곬으로 연구해온 이 박사의 모습에서는 대체 에너지를 개발해야겠다는 ‘고독한 열의’같은 것을 느낄것 같다.