'인공태양' 연료 중수소 생산비용 줄였다…냉매 가격 1/50로

경남과기대·숙명여대·막스플랑크연구소 공동 연구팀 개발

온도가 상승하자 기공 안으로 녹색 중수소(D₂)가 들어가는 모습을 표현한 그림 [한국연구재단 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 국내 연구진이 '인공태양' 연료인 중수소를 보다 경제적으로 얻을 수 있는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 경남과학기술대 오현철·숙명여대 최경민 교수와 막스플랑크연구소 마이클 허셔 박사 공동 연구팀이 기존 기술보다 훨씬 높은 온도에서 중수소를 분리하는 데 성공했다고 16일 밝혔다.

중수소는 수소에 중성자가 하나 더 있는 수소의 동위원소다. '인공태양'이라 불리는 핵융합 발전의 핵심 연료로, 원자력 발전과 연구용 장비 등에 쓰인다.

그러나 지구상에 존재하는 중수소는 전체 수소 가운데 0.016%에 불과하다.

수소 혼합물에서 중수소를 분리해야 하는데, 기존 기술은 영하 250도 이하의 극저온 환경을 조성해야 하기 때문에 고가의 액체헬륨 냉매가 필요했다.

연구팀이 개발한 기술은 영하 170도에서도 중수소 분리가 가능해 비용이 액체헬륨의 2%에 불과한 액체질소로 냉매를 대체할 수 있다.

체로 거르는 것처럼 중수소를 분리해 내는 방식의 '운동 양자체 효과'를 이용했다.

극저온 환경에서 다공성 물질의 온도와 압력을 잘 조절하면 무거운 동위원소가 가벼운 동위원소보다 더 빠르게 확산하는 원리를 이용해 기공을 통해 중수소를 분리해내는 기술이다.

그동안 영하 170도 이상 온도에서는 운동 양자체 효과를 적용하기 어렵다고 알려져 있었다.

연구팀은 영하 170도 이상에서만 기공 입구가 열리는 유연한 다공성 물질을 설계해 수소 혼합물에서 중수소를 분리하는 데 성공했다.

오현철 교수는 "극저온 유지를 위해 필요한 단열 장비와 복잡한 공정을 줄일 수 있어 중수소 분리 기술의 경제성을 높일 수 있을 것"이라고 말했다.

오현철 교수 [한국연구재단 제공. 재판매 및 DB 금지]

이번 연구 성과는 '미국화학회지'(JACS) 지난달 21일 자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr



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