UNIST는 화학과 최원영·오현철 교수팀이 수소와 수소의 동위원소인 중수소를 분리해 낼 수 있는 금속 유기 골격체(MOF)를 개발했다고 23일 밝혔다.
금속 유기 골격체는 금속 이온과 유기물 리간드가 화학 결합을 이뤄 내부에 기공을 형성한다. 이 기공이 좁쌀과 쌀을 분리하는 체처럼 작용해 중수소만을 골라내는 원리다.
개발된 금속 유기 골격체는 LNG 액화 온도 정도의 상대적으로 높은 온도에서도 수소에서 중수소를 분리해 낼 수 있다. 일반적으로 중수소 분리는 20K(-253.15℃) 이하의 극저온에서 이뤄진다.
개발된 금속 유기 골격체는 엔트로피 기반 구조 설계 전략이 적용됐다. 여러 유기물 리간드를 ‘칵테일’처럼 섞어서 ‘무질서도’인 엔트로피를 올린 것이다.
이 고엔트로피 상태에서는 수소와 중수소를 분리하는 양자체 효과가 극대화된다.
양자체는 좁은 기공을 통과할 때 수소와 중수소간의 확산 속도 차이를 이용해 둘을 분리하는 기법으로, 엔트로피가 올라갈수록 골격체 내 좁은 기공의 비율이 증가하면서 양자체의 효율이 좋아진다. 연구팀은 X선 회절 분석과 수소 동위원소 파과(Dynamic Breakthrough) 실험을 통해 이를 확인했다.
최원영 교수는 “이 기술이 청정 자원 활용과 미래 에너지 기술 발전에 기여할 수 있기를 기대한다”고 말했다.
이다예기자 ties@ksilbo.co.kr
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