금속 수소화물 기반 저장 기술 — 고체 수소가 여는 차세대 저장 혁신

 

🟦 1) 고체 저장의 핵심 개념: 금속 수소화물은 어떻게 수소를 잡아두는가

금속 수소화물(Metal Hydride, MH)은 금속 또는 합금의 결정격자 사이에 수소가 화학적으로 결합하며 저장되는 구조를 가진다.
즉, 압축처럼 물리적 저장이 아니라, 금속 결정 내부로 수소 원자가 스며들어 안정적인 화합물이 되는 방식이다.

이 과정은 두 단계를 거친다.

• 흡수(Absorption) : 금속이 수소를 빨아들이며 금속 수소화물(MHₓ)을 형성
• 탈착(Desorption) : 온도나 압력을 조절하면 저장된 수소가 다시 빠져나옴

일반적인 금속들은 수소를 다량 흡수할 수 없지만, Mg 기반 합금, LaNi₅ 계열, TiFe 계열, V-Cr-Mn 계열 합금은 원자 구조적으로 수소의 확산과 결합에 유리해 고체 저장 기술의 핵심 후보군으로 자리잡고 있다.

특히 Mg 기반은 이론적 저장 용량이 7.6wt%에 달하며, 이는 700bar 압축수소의 실질 저장밀도보다 높은 수준이다.
이러한 물성은 고체 저장이 “미래형 고밀도 수소 저장”으로 평가되는 이유다.

🟩 2) 금속 수소화물 저장 기술이 제공하는 구조적 이점

금속 수소화물의 가장 큰 강점은 안전성·저압 운전·높은 저장 밀도다.
이를 기술적으로 정리하면 다음과 같다.

● 폭발 위험이 낮다

압축수소는 700bar라는 초고압을 필요로 한다.
반면 금속 수소화물 기반 저장은 수십 bar 이하에서도 고밀도 저장이 가능하다.
이 때문에 충격·온도 변화 상황에서 위험이 현저히 낮다.

● 저장 밀도가 높다

700bar 압축수소의 체적 저장 밀도는 약 40g/L 수준이지만, 금속 수소화물은 합금 종류에 따라 80~150g/L 수준의 고밀도 저장이 가능하다.

● 저압 상태에서도 안정적으로 수송 가능

고체 저장은 누설 가능성이 사실상 없으며, 운송 중 기압 변화나 충격에 영향을 덜 받는다.
특히 선박·철도·군수 분야에서 장기 수송 기술로 각광받고 있다.

● 열교환 기반의 ‘정밀 수소 공급’이 가능

금속 수소화물은 열을 가하면 탈착이 일어나기 때문에 온도 조절만으로 정밀한 유량 제어가 가능하다.
이 기능은 드론·소형 연료전지 시스템 등 정밀 제어가 필요한 분야에서 큰 강점이다.

🟧 3) 고체 저장 기술의 한계와 해결해야 할 기술 장벽

아무리 유망한 기술이라도 현실적 장벽은 존재한다.
금속 수소화물 저장 기술이 상용화되기 위해 해결해야 할 난제는 다음과 같다.

● 높은 탈착 온도

Mg 기반 합금은 250~350℃ 이상의 열을 가해야 수소가 방출된다.
이는 모빌리티용 연료전지(60~80℃) 조건과 큰 격차가 있어 효율 저하를 유발한다.

● 반응 속도가 느림

금속 내에서 수소가 확산하는 속도가 느려 충방전 속도가 제한된다.
이 문제는 합금 조성 설계·나노입자화·촉매 도입 등을 통해 개선이 진행 중이다.

● 중량이 무겁다

금속은 고체이기 때문에 본질적으로 무게가 있다.
고정형 설비에는 적합하지만, 승용차·항공 분야에는 부담이 될 수 있다.

● 초기 원가 부담

고성능 합금(LaNi₅, TiFe, V계열 등)은 가격이 높고 대량 생산 공정이 아직 충분히 확보되지 않았다.

이러한 장벽이 있음에도 불구하고, 전 세계는 고체 저장 기술의 잠재력을 높게 평가하며 연구 투자를 확대하고 있다.

🟦 4) 글로벌 기업·연구기관이 주목하는 고체 저장 기술의 응용 분야

금속 수소화물 기술은 단순한 저장 기술이 아니라 새로운 수소 생태계를 여는 핵심 플랫폼 기술로 간주되고 있다.

● 미래형 드론·로봇용 전원

고밀도·저압 저장이 가능하기 때문에 드론 비행시간을 수 배 이상 늘릴 수 있는 기술로 주목된다.

● 주거·건물용 소형 연료전지 시스템

온도 제어를 통한 안정적 수소 공급이 가능해 일본·유럽에서 소형 정지형 시스템 테스트가 진행 중이다.

● 군수·산악·오지형 수소 공급

고체 상태로 운송되기 때문에 안전성이 높고 인프라가 부족한 지역에서도 장기 수송에 유리하다.

● 재생에너지 연계형 장기 저장(LDES)

에너지 잉여 시 수소화, 피크 시 탈수소화를 통해 재생에너지의 간헐성을 보완하는 유력한 후보 기술이다.

🟨 5) 고체 저장 시대가 가져올 수소 인프라의 변화

금속 수소화물 기술이 본격적으로 상용화되면 수소 인프라는 다음과 같은 방향으로 전환될 가능성이 크다.

• 고압 충전소의 비중 감소
• 물류·운송 중심의 고체 카트리지형 수소 공급 체계 확대
• ‘가정용 수소 카트리지’ 같은 새로운 시장 등장
• 수소 저장·운송 비용의 구조적 하락
• 재생에너지 기반 수소 장기 저장 시스템 확대

특히 차세대 스마트시티에서는 전기 + 수소 + 고체 저장이 결합된 복합 에너지 네트워크가 등장할 것으로 전망된다.