(왼쪽부터)김덕종 교수, 힐루프 T. 피사하 박사.(사진=경상국립대 제공)

경상국립대학교는 공과대학 기계공학부 김덕종 교수 연구팀이 저온 열원을 효율적으로 활용하는 흡착식 히트펌프와 열화학식 에너지 저장 시스템의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 고성능 암모니아 흡착제를 개발했다고 7일 밝혔다.

이는 버려지는 저온 폐열을 효과적으로 활용하는 지속가능한 에너지 솔루션에 중대한 기여를 할 것으로 기대된다.

흡착 기반의 열 에너지 관리 시스템에서 흡착제에 흡착된 작동 유체를 낮은 온도에서도 효율적으로 탈착시키는 기술은 매우 중요하다. 저온 탈착 성능이 우수해야 40℃와 같이 낮은 온도의 폐열을 흡수해 시스템을 구동하고 에너지를 저장하거나 작동 유체를 순환시킬 수 있기 때문이다. 이번에 개발된 브로민화 나트륨(NaBr)이 함유된 공유결합 유기 골격 에어로젤(NaBr@COFAs)은 이러한 저온 탈착 성능을 크게 향상시켰다.

이 신소재는 0.82g/g의 높은 작동 용량을 달성하며 기존 최고 성능 흡착제(0.60g/g) 대비 35.4%나 향상된 성능을 기록했다. 이러한 성능 향상은 NaBr과 다공성 공유결합 유기구조체(COF) 에어로젤의 시너지 효과 덕분이다. NaBr의 Na+는 암모니아 분자의 질소 원자와 배위결합을 형성하고, Br−는 수소 결합을 강화해 암모니아를 안정적으로 잡아두는 동시에, 에어로젤의 다공성 구조가 원활한 암모니아 이동을 가능하게 해 빠른 흡탈착을 돕는 메커니즘이다. 이를 통해 반복적인 사용에도 구조가 안정적으로 유지된다.

연구 성과는 세계적 권위의 국제 학술지 《케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)》(JCR 상위 3% 이내)에 게재됐다.

김덕종 교수는 “이번에 개발된 신소재는 저온 열원을 활용하는 흡착 기반 열 에너지 관리 시스템의 상용화를 앞당길 핵심적인 역할을 할 것”이라며 “이번 성과가 미래형 열 관리 기술의 성능과 신뢰성을 동시에 높여 다양한 산업 분야에 기여하기를 기대한다”라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 ‘글로벌 기초연구실지원사업’과 한국에너지기술평가원의 ‘알키미스트 프로젝트’의 지원을 받아 수행됐으며, 김덕종 교수팀의 힐루프 T. 피사하 박사가 제1저자로 참여했다.