Catalytic Conversion of Hydrogen Spin States at Low Temperature
일 시 : 2021년 08월 10일 화요일 14:00
연 사 : 최 용 남 박사 (한국원자력연구원)
장 소 : 온라인 진행 ( https://us02web.zoom.us/j/83311311580)
HOST : 김 재 용 교수님
초 록
수소경제 사회 구현을 위해서는 대규모의 수소생산 및 저장 기술이 필요하며, 생산과 저장 공정 중에 촉매를 이용해 에너지 비용을 줄이는 노력을 하고 있다. 대규모 수소 저장기술은 크게 물리적 저장기술[수소 액화]과 화학적 저장기술[수소화/탈수소화]로 나눌 수 있으며, 본 세미나에서는 수소 액화에 필요한 자기촉매에 관한 내용을 소개하고자 한다.
수소 분자는 두 가지 스핀 이성질체[ortho-H2 (I=1) & para-H2 (I=0)]가 존재하는데, 상온에서 75%에 이르는 ortho-H2를 액체 상태인 극저온(20K, -253℃)에서 1 % 내외가 되도록 하는 상전환 공정이 필수적으로 요구된다. 상전환 공정 없이 액화된 수소는 완벽한 단열조건 속에서도 느리게 진행되는 자발적 ortho-to-para 상전환에 의해 전체 액체수소의 64%를 기화시켜 손실을 유발하는 문제가 있다. (상전환열 ~ 1.59 × 기화열) 상용 액화플랜트에서 사용되고 있는 상전환 촉매는 Molecular Products 사의 IONEX® 라는 세라믹(산화철) 촉매가 유일한 상용촉매이다. 전이금속 산화물에 의한 촉매는 전이금속 근처에 도달한 수소분자 내의 양성자 핵 스핀이 자기장에 의해 뒤집히는(flip) 방식으로 상전환이 이루어진다. 본 연구팀에서 제안하는 수소 상전환 방식은 비공유 전자쌍을 갖는 전이금속 이온이 포함된 MOF 소재에 의한 것으로, 전이금속의 d-궤도 전자와 배위결합 된 수소분자의 s-궤도 전자와의 혼성 궤도함수를 통한 스핀-궤도 상호작용에 의한 상전환 방식이다. 본 세미나에서는 관련된 실험결과와 함께 상용급 액화 플랜트에 적용했을 경우의 기대효과를 제시할 예정이다.