[울산과학기술원] 수소에너지 연구실
2023-06-27
org.kosen.entty.User@21e73e15
오현철(dhguscjf)
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연구실 단체 사진
울산과학기술원 화학과 수소 에너지 연구실은 2022년 3월에 첫 오픈을 하였고 오현철 교수님 지도아래 연구교수 2명, 박사후연구원 2명, 박사과정 3명, 석사 및 석박통합과정 4명, 연구원 1명, 연구학부생 1명, 총 13명으로 구성되어 있습니다. 지도 교수님은 독일 막스플랑크 연구소에서 박사 학위 및 박사후연구원 생활을 하신 후 한국과학기술기획평가원(KISTEP)에서 부연구원, 경남과기대, 경상국립대 부교수로 계시다 울산과기원으로 오시게 되었습니다. 연구 분야는 다공성 물질에서의 극저온 물리흡착 현상을 연구하고 있습니다. 이를 기반으로 하는 에너지 캐리어 저장(수소, 메탄 등), 온실가스 포집(CO2), 양자 효과가 적용된 동위원소(H2/D2/T2, O16/O18, He3/He4 등) 분리, 극저온 수소 자연 기화(boil-off) 저감 기술 등의 연구를 수행 합니다. 특히 효율적인 수소저장기술은 향후 탄소중립 달성을 위한 수소경제의 핵심 기술이 될 수 있으나 해결해야 하는 기술적 난제도 많이 남아 있어 이를 해결하고자 하는 것이 주요 연구 방향입니다. 또한, 다공성 물질을 이용한 동위원소 분리 기술은 기존 고가의 극저온증류법을 대체할만한 신기술로 각광받고는 있으며, 관련 분야를 세계적으로 선도하고 있습니다. 특히 반도체 및 디스플레이 분야에서 중수소의 수요가 급격히 늘고 있고, 원전 해체 및 방사성 오염수의 삼중수소 처리 문제, 핵융합 원료(D2&T2)의 효율적 분리 기술에 대한 요구가 산업 분야 별로 증가하고 있는 상황에서 이러한 동위원소 분리 신기술은 향후 많은 관심을 받을 것입니다.
교수님은 한국과학기술기획평가원에 계셨던 경력을 기반으로 다양한 과학기술 정책 과제도 수행하고 계십니다. 독일의 과학기술 정책 동향 보고와 국내 비교 사례를 통한 시사점 도출로 정책입안자들의 정책적 판단 기준/근거를 제시해 주고 계십니다.
물론, 국내외 공동연구 진과 함께 우수한 연구를 진행 중에도 있습니다. 국외에는 막스플랑크연구소, 뮌헨 공대, BASF, 캠브리지 대학 등과, 국내에는 KAIST, DGIST, 경북대, 이대, 숙명여대, 울산대 등과 다양한 공동연구를 진행 중에 있으며, 매년 JACS, Advanced Materials, Nature 자매지 등에 논문을 게재하는 등의 우수 성과를 내고 있습니다. 2017년 과학기술정보통신부 안전관리 우수연구실을 인증받았으며, 2021년 국가연구개발우수성과 100선에 선정되어 우수한 연구성과를 지속적으로 배출하고 있습니다.
교수님은 한국과학기술기획평가원에 계셨던 경력을 기반으로 다양한 과학기술 정책 과제도 수행하고 계십니다. 독일의 과학기술 정책 동향 보고와 국내 비교 사례를 통한 시사점 도출로 정책입안자들의 정책적 판단 기준/근거를 제시해 주고 계십니다.
물론, 국내외 공동연구 진과 함께 우수한 연구를 진행 중에도 있습니다. 국외에는 막스플랑크연구소, 뮌헨 공대, BASF, 캠브리지 대학 등과, 국내에는 KAIST, DGIST, 경북대, 이대, 숙명여대, 울산대 등과 다양한 공동연구를 진행 중에 있으며, 매년 JACS, Advanced Materials, Nature 자매지 등에 논문을 게재하는 등의 우수 성과를 내고 있습니다. 2017년 과학기술정보통신부 안전관리 우수연구실을 인증받았으며, 2021년 국가연구개발우수성과 100선에 선정되어 우수한 연구성과를 지속적으로 배출하고 있습니다.
주요 5가지 연구 주제
2-1. 수소 동위원소 분리 연구
핵융합 발전의 에너지원으로 쓰이는 수소 동위원소(수소, 중수소, 삼중수소)는 크기 및 화학적 성질이 비슷하여 분리가 매우 어려운 기체입니다. 기존에는 초극저온증류법을 이용해서 분리를 하고 있는데, 경제적으로 매우 고가입니다. 이러한 난제를 해결하기 위하여 저희는 균일한 기공을 가진 다공성 물질에 양자효과를 적용하여 수소동위원소를 효율적으로 분리하는 기술에 대해 연구하고 있습니다. 최근 좋은 결과를 얻어 JACS, Advanced Materials 등에 연구결과를 발표하기도 했습니다.
2-2. 효율적 수소 저장 재료 연구
최근 수소 경제가 다시 회자되고 있고, 수소 연료전지 자동차에 대한 수요가 증가할 것이라고 보고 있는 상황에서 안전한 수소저장재료 개발은 매우 중요한 이슈입니다. 저희 연구실은 효율적이며 저렴한 수소저장 재료를 연구하고 있습니다. 주로 액체 질소 온도에서의 수소 저장 능력에 대한 평가를 진행하고 있으며, 이를 기반으로 상온에서 높은 수소저장 능력을 지닌 물질 합성에 많은 노력을 기울이고 있습니다.
2-3. 수소 자연 기화 저감연구
최근 수소저장뿐만 아니라 수소 운송을 위한 액화수소에대한 연구도 같이 진행하고 있습니다. 특히 액화수소의 Boil-off 효과를 제거하기 위해 산업계-학계에서 여러 노력을 기울이고 있으나 해결이 쉽지 않은 상황입니다. 저희는 이러한 문제를 해결하기 위해 극저온 다공성 물질의 흡착밀도 조절을 통해 Boil-off 효과를 저감시키는 신기술에 대해 연구를 활발히 진행하고 있습니다.
2-4. 자성 기반 수소 액화 기술
마그네토 칼로릭 효과(Magnetocaloric effect)는 자기장이 변화할 때 일어나는 열 변화를 말합니다. 자기장 변화에 의해 자성 물질의 내의 자기적 순서와 에너지 상태가 변화함에 따라 열이 발생하거나 흡수되는 현상을 활용하여 수소 액화에 적용하는 연구도 활발히 진행중에 있습니다. 즉, 자기장을 조절하여 냉각 또는 가열에 사용할 수 있는 환경 친화적인 수소 액화기 등의 응용이 가능합니다.
2-5. 폐기물 재자원화
환경 폐기물을 이용하여 다양한 흡착제로 개발하는 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.
2-6. 주요 실험실 장비
저희 연구실은 극저온 실험을 많이 하는 편이기 때문에, 극저온에서 수소(동위원소) 흡착거동에 대한 연구가 가능한 실험장비가 잘 구축 되어 있습니다. 국내 유일의 20 K 극저온 열탈착분석장비(Cryogenic TDS), 고압 멀티흡착장비, 20K 극저온 비표면적 분석장비(20K BET), 물리 물성분석장비(PPMS) 액체질소발생기 등의 다양한 장비가 갖추어져 있어 연구원들이 적극적으로 연구에 임할 수 있습니다. (물론 그 외, 다양한 화학실험분석 장비 (FT-IR, UV-VIS, TGA, XRD, SEM 등)가 실험실 내에 잘 갖춰져 있습니다.
핵융합 발전의 에너지원으로 쓰이는 수소 동위원소(수소, 중수소, 삼중수소)는 크기 및 화학적 성질이 비슷하여 분리가 매우 어려운 기체입니다. 기존에는 초극저온증류법을 이용해서 분리를 하고 있는데, 경제적으로 매우 고가입니다. 이러한 난제를 해결하기 위하여 저희는 균일한 기공을 가진 다공성 물질에 양자효과를 적용하여 수소동위원소를 효율적으로 분리하는 기술에 대해 연구하고 있습니다. 최근 좋은 결과를 얻어 JACS, Advanced Materials 등에 연구결과를 발표하기도 했습니다.
2-2. 효율적 수소 저장 재료 연구
최근 수소 경제가 다시 회자되고 있고, 수소 연료전지 자동차에 대한 수요가 증가할 것이라고 보고 있는 상황에서 안전한 수소저장재료 개발은 매우 중요한 이슈입니다. 저희 연구실은 효율적이며 저렴한 수소저장 재료를 연구하고 있습니다. 주로 액체 질소 온도에서의 수소 저장 능력에 대한 평가를 진행하고 있으며, 이를 기반으로 상온에서 높은 수소저장 능력을 지닌 물질 합성에 많은 노력을 기울이고 있습니다.
2-3. 수소 자연 기화 저감연구
최근 수소저장뿐만 아니라 수소 운송을 위한 액화수소에대한 연구도 같이 진행하고 있습니다. 특히 액화수소의 Boil-off 효과를 제거하기 위해 산업계-학계에서 여러 노력을 기울이고 있으나 해결이 쉽지 않은 상황입니다. 저희는 이러한 문제를 해결하기 위해 극저온 다공성 물질의 흡착밀도 조절을 통해 Boil-off 효과를 저감시키는 신기술에 대해 연구를 활발히 진행하고 있습니다.
2-4. 자성 기반 수소 액화 기술
마그네토 칼로릭 효과(Magnetocaloric effect)는 자기장이 변화할 때 일어나는 열 변화를 말합니다. 자기장 변화에 의해 자성 물질의 내의 자기적 순서와 에너지 상태가 변화함에 따라 열이 발생하거나 흡수되는 현상을 활용하여 수소 액화에 적용하는 연구도 활발히 진행중에 있습니다. 즉, 자기장을 조절하여 냉각 또는 가열에 사용할 수 있는 환경 친화적인 수소 액화기 등의 응용이 가능합니다.
2-5. 폐기물 재자원화
환경 폐기물을 이용하여 다양한 흡착제로 개발하는 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.
2-6. 주요 실험실 장비
저희 연구실은 극저온 실험을 많이 하는 편이기 때문에, 극저온에서 수소(동위원소) 흡착거동에 대한 연구가 가능한 실험장비가 잘 구축 되어 있습니다. 국내 유일의 20 K 극저온 열탈착분석장비(Cryogenic TDS), 고압 멀티흡착장비, 20K 극저온 비표면적 분석장비(20K BET), 물리 물성분석장비(PPMS) 액체질소발생기 등의 다양한 장비가 갖추어져 있어 연구원들이 적극적으로 연구에 임할 수 있습니다. (물론 그 외, 다양한 화학실험분석 장비 (FT-IR, UV-VIS, TGA, XRD, SEM 등)가 실험실 내에 잘 갖춰져 있습니다.
주요 실험 장비
독일 뮌헨 공대 방문 사진
이탈리아 학회 참석사진
저희 수소에너지 연구실은 오현철 교수님의 주축으로 연구교수님과 박사후연구원의 지도아래 석박사학생과 학부연구생으로 구성되며 친화적이고 화목한 분위기로 본인의 연구에 대한 책임과 의무를 기반한 자율성을 존중하는 연구실입니다. 국내유일의 20 K 수소 BET와 극저온 20 K TDS를 포함한 여러 기기장비들이 구축되어 있어 학부연구생을 포함한 모든 연구원들은 각 기기장비에 대한 전문적 지식을 갖추고 있습니다. 석박사과정 및 학부연구생들이 능동적이고 적극적으로 연구에 수행할 수 있도록 정부 및 민간연구과제 수행과 교내 장학금 지원으로 경제적 지원을 받고 있으며, 연구원들의 폭넓은 견문과 경험을 쌓을 수 있도록 국내외 주요 연구중심 대학과 공동연구를 임하면서 활발한 교류를 하고 있습니다. 특히 국내외 학회의 참여 기회와 세계 최고 기초과학연구소인 막스플랑크연구소(독일)의 기술연수 파견기회가 마련되어 있습니다.
■ 주소 : 울산광역시 울주군 언양읍 유니스트길 50 (44919) 103동 401A호
■ 웹페이지 : http://h2.unist.ac.kr
■ 전화 : 052) 217-2692
■ 웹페이지 : http://h2.unist.ac.kr
■ 전화 : 052) 217-2692
