수소는 앞으로 어떻게 저장할까? 금속수소화물·LOHC·암모니아 기술 비교

수소에너지 쉽게 이해하기

수소는 앞으로 어떻게 저장할까?
미래 저장기술 5가지 비교

고압탱크와 액화수소 다음으로 주목받는 금속수소화물, LOHC, 암모니아와 소재 기반 저장방식을 살펴봅니다.

수소를 에너지원으로 사용하려면 생산기술만큼 중요한 것이 있습니다. 바로 만들어진 수소를 필요한 장소까지 안전하게 옮기는 저장·운송기술입니다.

현재 수소자동차에는 주로 고압기체 방식이 사용되고 있으며, 많은 양을 멀리 운송할 때는 액화수소 방식이 검토되고 있습니다.

하지만 고압기체는 높은 압력을 견디는 저장용기가 필요하고, 액화수소는 약 -253℃의 극저온을 유지해야 한다는 부담이 있습니다.

이런 한계를 줄이기 위해 수소를 금속이나 액체, 화합물과 다공성 소재에 저장하는 새로운 방법이 개발되고 있습니다.

이번 글에서는 앞으로 활용 가능성이 높은 수소 저장방식 5가지를 원리와 장단점 중심으로 알아보겠습니다.

미래 수소 공급망에서는 용도에 따라 서로 다른 저장방식이 사용될 수 있습니다.

현재 저장방식만으로는 부족한 이유

고압기체와 액화수소는 이미 상용화된 기술이지만 모든 분야에 가장 적합한 방식은 아닙니다.

고압기체 방식

✔ 수소차와 충전소에서 널리 사용됩니다.

✔ 빠르게 충전하고 바로 사용할 수 있습니다.

✔ 350bar 또는 700bar의 높은 압력이 필요합니다.

✔ 복합재 저장용기의 원가가 높습니다.

액화수소 방식

✔ 기체보다 작은 부피로 많은 수소를 저장합니다.

✔ 대량 운송과 대형 충전기지에 유리합니다.

✔ 극저온을 유지하는 단열설비가 필요합니다.

✔ 저장 중 증발가스가 발생할 수 있습니다.

미래 저장기술이 해결하려는 문제

압력과 온도에 대한 부담을 낮추고, 저장할 수 있는 수소량을 늘리며, 기존 운송시설을 활용해 공급비용을 줄이는 것이 핵심 목표입니다.

금속에 수소를 넣는 금속수소화물

금속수소화물은 어떤 기술일까?

일부 금속과 합금은 수소를 흡수해 내부에 저장하는 성질을 가지고 있습니다.

수소가 금속의 결정구조 안으로 들어가 결합하면 고압용기에 기체로 담는 것과 다른 형태로 수소를 보관할 수 있습니다.

마그네슘과 티타늄, 철-티타늄 합금과 LaNi₅ 계열 등이 대표적인 저장소재로 연구되고 있습니다.

금속 내부에 수소를 저장한 뒤 필요한 시점에 열을 이용해 방출합니다.

장점

✔ 비교적 낮은 압력에서 저장할 수 있습니다.

✔ 부피 기준으로 많은 수소를 담을 수 있습니다.

✔ 급격한 기체 방출 위험을 낮출 수 있습니다.

✔ 반복적으로 사용할 수 있습니다.

해결해야 할 점

✔ 저장재가 무거워질 수 있습니다.

✔ 수소 흡수와 방출 중 열관리가 필요합니다.

✔ 소재에 따라 높은 방출온도가 필요합니다.

✔ 반응속도 개선이 필요합니다.

활용 예상 분야: 고정형 에너지저장장치, 소형 연료전지, 잠수함, 드론과 특수장비

액체에 수소를 싣는 LOHC

기존 유류 인프라를 활용할 수 있는 방식

LOHC는 액상 유기수소 운반체라는 뜻으로, 액체 유기물에 수소를 화학적으로 결합해 저장하는 기술입니다.

생산지에서 수소를 운반체에 결합한 뒤 탱크로리나 선박으로 운송하고, 사용지에서 열과 촉매를 이용해 수소를 분리합니다.

수소가 빠진 운반체는 다시 생산지로 보내 재사용할 수 있습니다.

LOHC는 수소를 액체 유기물에 담아 운송한 뒤 사용지에서 분리합니다.

장점

✔ 일반 액체처럼 저장하고 운송할 수 있습니다.

✔ 기존 유류 저장탱크를 활용할 가능성이 있습니다.

✔ 장거리와 대규모 운송에 유리합니다.

✔ 운반체를 회수해 반복 사용할 수 있습니다.

해결해야 할 점

✔ 수소를 결합하고 분리하는 설비가 필요합니다.

✔ 탈수소화 과정에서 열과 촉매를 사용합니다.

✔ 변환과정에서 에너지 손실이 발생합니다.

✔ 운반체의 품질과 회수관리가 필요합니다.

대량운송에 주목받는 암모니아

수소 세 개를 포함한 화합물

암모니아는 질소 한 개와 수소 세 개가 결합한 NH₃ 형태의 물질입니다.

질량 기준 약 17.6%의 수소를 포함하며, 액화수소보다 비교적 쉽게 액체로 만들 수 있습니다.

이미 세계적으로 비료와 화학제품 운송에 사용되고 있어 저장탱크와 선박 등 기존 인프라를 활용할 수 있다는 점도 장점입니다.

암모니아는 수소 함량이 높고 기존 국제 운송망을 활용할 수 있습니다.

장점

✔ 많은 양의 수소를 운송할 수 있습니다.

✔ 이미 구축된 암모니아 인프라가 있습니다.

✔ 발전과 선박연료로 직접 사용할 수 있습니다.

✔ 국가 간 장거리 운송에 유리합니다.

해결해야 할 점

✔ 독성이 있어 누출관리가 중요합니다.

✔ 수소를 얻으려면 암모니아 분해가 필요합니다.

✔ 잔류 암모니아 제거와 정제공정이 필요합니다.

✔ 연소 시 질소산화물 관리가 필요합니다.

그린 암모니아란?

재생에너지로 만든 수소를 이용해 암모니아를 생산하면 그린 암모니아라고 부릅니다. 발전과 선박연료, 국제 수소운송 수단으로 활용하기 위한 연구가 진행되고 있습니다.

고체 소재 안에 수소를 저장하는 방법

고체수소화물과 화학수소화물

고체 기반 저장은 수소를 고체의 내부구조에 흡착시키거나 화학결합으로 저장하는 여러 기술을 포함합니다.

복합수소화물과 화학수소화물, 다공성 흡착재 등이 대표적이며 소재에 따라 높은 수소함량을 가질 수 있습니다.

다만 수소를 꺼내는 데 높은 열이 필요하거나 사용한 소재를 다시 충전하기 어려운 경우도 있습니다.

장점

✔ 낮은 압력에서 수소를 저장할 수 있습니다.

✔ 부피 기준 저장량을 높일 가능성이 있습니다.

✔ 누출과 급격한 방출 위험을 줄일 수 있습니다.

✔ 소형 전원장치에 적용할 수 있습니다.

해결해야 할 점

✔ 수소 방출온도를 낮춰야 합니다.

✔ 충전과 방출속도 개선이 필요합니다.

✔ 소재 무게와 가격이 부담될 수 있습니다.

✔ 반복사용 시 성능을 유지해야 합니다.

미세한 기공을 이용하는 나노소재

MOF·그래핀·탄소나노튜브 연구

나노소재 저장기술은 소재 내부의 작은 기공과 넓은 표면에 수소분자를 붙잡아 두는 방식입니다.

활성탄과 그래핀, 탄소나노튜브, 금속-유기 골격체인 MOF 등이 대표적인 연구대상입니다.

가벼운 소재로 많은 수소를 저장할 가능성이 있지만, 현재는 낮은 온도나 높은 압력이 필요한 경우가 많습니다.

나노소재는 넓은 내부 표면과 미세기공을 이용해 수소분자를 흡착합니다.

장점

✔ 가벼운 저장시스템을 만들 가능성이 있습니다.

✔ 빠른 흡착과 방출을 기대할 수 있습니다.

✔ 기공과 표면특성을 조절할 수 있습니다.

✔ 차세대 모빌리티에 적용 가능성이 있습니다.

해결해야 할 점

✔ 상온에서 충분한 저장량 확보가 어렵습니다.

✔ 소재 합성과 생산비용이 높을 수 있습니다.

✔ 대량생산과 품질 균일화가 필요합니다.

✔ 장기간 반복사용에 대한 검증이 필요합니다.

저장기술을 선택할 때 중요한 기준

⚖️

무게와 부피

차량과 항공기는 가볍고 작은 저장시스템이 필요합니다.

🌡️

온도와 열관리

수소를 넣고 꺼낼 때 필요한 열과 냉각조건을 확인해야 합니다.

💰

비용과 인프라

소재가격과 설비비, 기존 운송망 활용 여부가 중요합니다.

수소 저장방식 비교표

저장방식	특징	주요 관리조건	기술단계	예상 활용분야
고압기체	기체를 고압으로 압축	고압용기·압축설비	상용화	수소차·충전소
액화수소	극저온 액체로 저장	단열·BOG 관리	상용화 확대	대량 저장·운송
금속수소화물	금속 내부에 수소 결합	무게·열관리	제한적 적용	고정형·특수장비
LOHC	액체 유기물에 수소 결합	촉매·수소분리	실증 단계	국제 수소운송
암모니아	NH₃ 형태로 운송	독성·분해공정	인프라 활용 가능	발전·선박·운송
고체수소화물	고체 내부에 수소 저장	반응온도·재생성	연구·특수적용	드론·소형전원
나노소재	미세기공에 수소 흡착	온도·제조비용	연구 단계	차세대 모빌리티

수소 사용처에 따라 달라지는 저장기술

저장방식은 단순히 저장량만 보고 결정하기 어렵습니다. 실제로 수소를 어디에서 사용하는지에 따라 적합한 기술이 달라집니다.

한 가지 기술이 모든 분야를 대신하기보다 용도에 맞는 저장방식이 선택될 가능성이 큽니다.

앞으로 해결해야 할 기술과제

저장시스템 전체의 무게 줄이기

저장소재만 많은 수소를 담는다고 해서 바로 차량에 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 용기와 배관, 열관리장치를 포함한 전체 무게를 줄여야 실제 활용성이 높아집니다.

수소를 빠르게 넣고 꺼내기

충전시간이 지나치게 길거나 수소 방출속도가 느리면 이동수단과 산업설비에 적용하기 어렵습니다. 반응속도와 공급성능을 함께 높여야 합니다.

열에너지 사용 줄이기

LOHC와 금속수소화물, 암모니아 분해에는 열이 필요합니다. 필요한 에너지를 줄이고 다른 공정에서 발생한 폐열을 활용하는 기술이 중요합니다.

소재비용과 내구성 확보

저장재와 촉매의 가격을 낮추고 수천 번 반복해 사용하더라도 초기 성능을 유지해야 합니다. 균일한 품질로 대량생산하는 공정도 필요합니다.

안전기준 마련

독성물질과 가연성 가스, 고온 반응이 포함되는 만큼 저장설비와 운송수단에 적용할 안전기준과 시험방법, 인증체계가 마련되어야 합니다.

핵심 내용 정리

미래 수소 저장기술에서 기억할 점

① 현재는 고압기체와 액화수소가 대표적인 상용기술입니다.

② 금속수소화물은 낮은 압력에서 저장할 수 있지만 무게와 열관리가 중요합니다.

③ LOHC는 액체 상태로 운송할 수 있어 기존 유류시설 활용 가능성이 있습니다.

④ 암모니아는 대량운송에 유리하지만 독성과 수소 분리공정을 관리해야 합니다.

⑤ 고체수소화물은 저장밀도와 안전성 가능성이 높지만 반응온도 개선이 필요합니다.

⑥ 나노소재는 가벼운 저장시스템 가능성이 있지만 상온 저장량과 생산비용이 과제입니다.

⑦ 미래에는 사용목적에 따라 여러 저장기술이 함께 활용될 가능성이 높습니다.

자주 묻는 질문

고압수소탱크는 앞으로 사용하지 않게 되나요?

현재 차량용 고압수소탱크는 상용화와 충전인프라가 잘 구축되어 있습니다. 새로운 저장기술이 바로 대체하기보다는 용도에 따라 함께 사용될 가능성이 높습니다.

금속수소화물은 왜 무거운가요?

수소를 저장하는 금속과 합금 자체의 무게가 크기 때문입니다. 부피 저장밀도는 높을 수 있지만 차량에서는 전체 중량이 부담이 될 수 있습니다.

LOHC는 상온에서 보관할 수 있나요?

LOHC는 일반적인 액체 형태로 취급할 수 있어 극저온 저장보다 운송과 보관이 편리할 수 있습니다. 수소를 분리하는 설비는 별도로 필요합니다.

암모니아를 수소로 바꾸지 않고 사용할 수 있나요?

발전소와 선박엔진에서는 암모니아를 직접 연료로 사용하는 방법도 연구되고 있습니다. 이 경우 안정적인 연소와 질소산화물 저감기술이 필요합니다.

나노소재 저장기술은 언제 사용할 수 있을까요?

현재는 연구단계가 중심입니다. 상온에서 충분한 저장량을 확보하고 생산비용과 내구성 문제를 해결해야 본격적인 상용화가 가능합니다.

미래의 수소 저장방식은 한 가지 기술로 정리되기보다 사용목적에 따라 다양한 형태로 발전할 가능성이 큽니다.

승용차와 상용차에는 빠른 충전이 가능한 고압기체 방식이 계속 활용될 수 있고, 국가 간 대량운송에는 액화수소와 LOHC, 암모니아가 경쟁할 수 있습니다.

우주항공과 드론처럼 무게와 공간이 중요한 분야에서는 고체수소화물과 나노소재가 새로운 대안이 될 수 있습니다.

결국 미래 수소산업의 경쟁력은 얼마나 많은 수소를 저장하는가뿐 아니라 안전성과 비용, 에너지효율과 기존 인프라 활용성을 함께 높이는 데 달려 있습니다.