자연과학부 문회리 교수팀
KQS-CAQS 효과 동시구현
효율성에서 세계 최고 수준
이번 연구는 오현철 경남과기대 교수, 마이클 허셔 막스플랑크연구소 박사팀이 공동으로 진행했으며, 강성구 울산대 교수가 참여했다. 이번에 개발한 시스템은 중수소를 분리하는 원리인 운동 양자체(KQS) 효과와 화학적 친화도 양자체(CAQS) 효과를 동시에 구현한 첫 기술로 주목받고 있다. 이 내용은 미국화학회지(JACS) 표지 논문에 소개됐다.
중수소는 수소에 중성자가 하나 더 있는 수소의 동위원소다. 미래 에너지원으로 꼽히는 핵융합 발전의 핵심원료이자, 원자력 발전과 연구용 장비 등에 쓰이는 대체 불가능한 자원이다. 그러나 지구상에 존재하는 중수소는 전체 수소 중 0.016%로 극히 미미하다. 또 수소 혼합물에서 중수소를 분리하기도 어려워 매우 비싸다.
중수소를 얻으려면 수소 혼합물에서 중수소만 골라내야 한다. 하지만 동위원소가 물리·화학적 성질이 비슷해 까다로운 분리 기술이 필요하다. 최근 과학자들은 금속-유기 골격체(MOF)를 설계해 중수소를 효율적으로 골라내는 기술을 개발하고 있는데, 이른바 양자체 효과를 이용하는 것이다.
지금까지 중수소 분리 기술에는 화학적 친화도 양자체 효과(다공성 물질에 중수소를 더 잘 흡착하는 자리를 만드는 방법)와 운동 양자체 효과(다공성 물질의 기공 크기를 정밀하게 조절해 중수소를 분리하는 기술)를 각각 사용했다.
문 교수는 “기존에도 양자체 효과를 이용해 중수소를 분리하는 아이디어는 있었지만 두 양자체 효과를 동시에 가진 분리 시스템은 아직 보고되지 않았다”며 “지구상에서 귀한 자원인 중수소를 얻는 획기적인 기술이 될 것”이라고 설명했다.
이형중기자 leehj@ksilbo.co.kr