국내 연구진이 고순도 중수소 대량 생산의 길을 열었다.
국립 경남과학기술대(총장 김남경)는 오현철 에너지공학과 교수팀이 문회리 UNIST 교수, 오인환 한국원자력연구원 연구원과 공동으로 '플렉시블 금속-유기 골격체'에서 중수소에 의해서만 기공이 열리는 흡착 현상을 세계 최초로 발견했다고 22일 밝혔다.
수소 동위원소 '중수소'는 미래 에너지라 불리는 인공태양을 만드는 핵심 에너지원이다. 하지만 지구상에 존재하는 중수소는 전체 수소 중 0.016%로 극히 미미하고, 수소 혼합물에서 중수소를 분리하기도 어려워 고가에 거래되고 있다.
플렉시블 금속-유기 골격체는 외부 자극에 반응해 구조가 바뀌고 기공 크기도 변하는 독특한 다공성 물질이다. 기체 종류나 압력에 따라 선택적으로 기공을 팽창시킬 수 있어 '크기가 다른' 기체를 분리할 때 활용한다.
오 교수팀은 대표적인 플렉시블 금속-유기 골격체인 'MIL-53'에서 특정 온도 및 압력 아래 중수소에 의해서만 기공이 열리는 호흡 현상을 처음 발견했다. 플렉시블 다공성 물질이 특정 동위원소에 의해서만 기공이 열리는 현상을 처음 보고한 연구다.
수소 동위원소 기체를 만날 때 기공 구조가 바뀌는 'MIL-53(Al)'을 선택, 중수소 흡착에 의해서만 구조 변화가 일어날 수 있는 조건을 찾는 데도 성공했다.
이를 활용하면 복잡하게 분리 시스템을 설계하고 가공하지 않아도 경제적으로 동위원소 분리 및 중수소 농축이 가능하다.
오 교수팀은 새로운 흡착 현상을 이용해 MIL-53(Al) 1g 당 32mg이라는 많은 양의 중수소를 얻는데도 성공했다. 기존 연구에서 중수소 분리 양은 다공성 물질 1g당 중수소 최대 12mg에 그쳤다.
오 교수는 “선택적으로 반응하는 호흡현상을 이용해 기존에는 구현하기 어려웠던 동위원소 분리 효율을 크게 높일 수 있는 응용 가능성을 실험적으로 입증했다”고 말했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
