1.수소저장합금이란?

  수소저장합금은, 19060년대 후반에 네덜란드의 필립 사가 개발한 란탄-니켈 계 합금이 최초의 것이다. 금속과 수소가 반응하여 금속수소화합물을 만드는데, 어떤 종류의 합금은 대량의 수소 가스를 흡수하여, 가열하면 용이하게 수소를 방출하는 성질을 가지고 있다.

상용화에 가장 가까운 데에 있는 것은, 티탄-철합금, 란탄-니켈 합금, 마그네슘-니켈 합금, 티탄-망간 합금이다.
응용면으로서는, 수소엔진 자동차 외에 태양열 등의 새로운 에너지를 저장하는 냉난방 시스템 등이 개발 중이다.

2. 수소저장합금의 특성

  손바닥 속에 들어갈 만한 작은 병에 작은 돌같은 것이 들어 있다. 병 라벨에는 [Mg-5%Ni] 즉, 니켈을 5% 함유한 마그네슘 합금이다. 중량은 100g. 불과 100g밖에 안되는 합금을 380℃에서 3기압 이상의 수소 가스에 닿게 하면 수소 가스를 80리터나 흡수하게 된다. 한 되들이 45병분이다.
  게다가 이 온도를 유지해 두면 흡수한 수소를 그대로 언제까지나 저장해 둘 수 있는 것이다. 필요한 때에 다시 가열하든지 압력을 주면 수소를 방출한다. 수소 엔진의 연료 탱크로서의 실용화에 가장 기대되고 있는 것이 이 마그네슘과 니켈의 합금인 것이다.

  현재로서는 수소의 저장과 수송은 기체인 채로 압력을 주어 탱크나 봄베에 넣는 방식으로 하고 있다. 그러나 150㎏/㎠에서 200㎏/㎠이라는 고압으로 하기 때문에 안전이 문제이다. 액체수소로 만들어 운반하는 방법도 있지만, -253℃까지 냉각시키는 에너지가 필요하여, 저장에는 매우 비싼 초저온 용기가 불가결하다.

  이와 같은 액체, 기체의 수소에 비하여, 수소저장합금에는 안전하고 다루기 쉬운 등 여러 가지 장점이 있다. 수소저장합금은 비교적 간단히 수소화할 수가 있다. 합금과 접하는 수소 가스의 기압을 올려 주거나, 가스의 온도를 내려 주면 된다. 금속수소화합물로 만들면, 보통 온도의 수소 가스에 비하여 체적이 1500분의 1이 된다. 그래서 수소 자동차의 연료 저장장치로서 안성마춤이라는 것이다.

3. 수소저장합금의 응용

가. 냉난방 시스템
   금속의 수소화는 열의 이동을 수반하는 가역반응이므로, 이 반응을 이용하면, 냉난방 시스템을 만들 수가 있다. 태양열 등을 수소저장합금의 장치에 보내면, 수소를 방출한다. 방출시킨 수소를 다른 장치에 저장해 두었다가 필요할 때에는 수소저장합금의 장치로 보내어 흡장시키면 발열하기 때문에 송풍장치와 짝지우면 난방 장치가 된다. 반대로, 수소저장합금에서 수소를 방출시키면 흡열(=냉각)반응이 일어나 냉방을 위한 냉열원이 된다. 다른 냉난방 시스템과 다른 특징은 수소저장합금의 종류를 달리하여 여러 가지 단계의 온도로 이루어진 열원을 얻을 수 있다는 점이다.

나. 태양 에너지의 축열장치
   합금과 수소를 밸브 조작만으로 분리시킬 수가 있으므로 반응을 정지시켜 둘 수도 있다. 다시 말해서, 축열(畜熱)역할을 한다. 태양 에너지의 장기 축열을 위한 수소저장합금의 이용도 연구되고 있는데, 예컨데, 봄 동안에 계속 열을 축열해 두었다가 그 에너지를 여름 난방에 사용하고, 또한 가을에 축열한 것을 겨울 난방에 사용하는 것도 가능하다는 것이다.

다. 기계 에너지
   수소저장 반응에 의한 압력 변화를 응용하면 기계 에너지로도 이용할 수 있다. 기본적으로는 2개의 수소저장합금 장치를 잇고, 그 사이에 피스톤을 달면 된다. 한 쪽의 장치를 가열하면 두 장치 사이에 온도차가 생겨, 압력의 차가 생긴다. 그러면 가열된 장치는 수소를 방출하고 다른 한 쪽의 장치 쪽으로 계속 흡수되기 때문에, 그 사이의 피스톤이 작동하는 것이다. 이 방법을 사용하면 발전 등이 아주 용이해진다.
  가열 온도를 바꿈으로써 방출되는 수소의 압력도 달라지므로, 이 압력차로 콤프레서를 만들 수도 있을 것이다.