수소 누출 즉시 반응하는 초고감응성 센서 개발

한중 공동 연구진 나노박막 마이크로-롤 개발
가스 누출시 수 초 이내에 센서가 즉시 반응해

수소는 석유, 화학, 철강 등 산업 전반에 걸쳐 필수적인 원료로 사용되고 있다.

하지만 수소 특유의 무색, 무취, 무미의 성질과 공기 중 농도 40% 이상만 되어도 쉽게 폭발하는 특성 때문에 안전성 확보를 위한 누출검지 시스템 사용이 필수적이다.

수소 가스 유출 여부를 쉽게 판별할 수 있는 기술이 한중 공동 연구진에 의해 개발됐다. 이태윤 연세대 교수와 용펭 메이 푸단대 교수 연구팀은 수소 가스에 반응하는 나노박막 기반 마이크로-롤(micro-roll)을 개발했다고 한국연구재단이 발표했다.

현재까지 상용화된 수소 센서는 전력 공급이 필요하며 이 경우 센서에 전해지는 전류가 점화원이 될 수 있어 오히려 수소가 누출되었을 때 폭발의 위험성을 증가시킨다.

연구팀은 둥글에 말려 있다가 수소 가스에 반응하면 펴지는 나노박막 기반 마이크로-롤 액츄에이터를 개발했다. 이를 통해 수소 가스 누출 시 수 초 이내에 빛의 투과도가 50% 이상 달라져 센서가 즉시 반응할 수 있도록 했다.

그동안 전기적인 신호 대신 광학적인 신호를 사용하는 광박 방식의 수소 센서가 개발되었지만, 육안으로 식별 가능한 수소 센서의 경우 화학 반응을 기반으로 하기 때문에 반응 시간이 수 분에서 수십 분까지 소요되는 단점이 있었다.

연구팀이 개발한 수소 센서는 전력 공급이 필요 없는 무전원성과 폭발 위험이 없는 비폭발성은 물론 수 초 이내에 반응하는 초고감응성 등의 특성을 나타내 상용화의 가능성이 높다.

이태윤 교수는 “이번 연구를 통해 수소 가스에 노출된 팔라듐의 화학적 및 기계적 변화를 모두 활용해 빠르고 높은 응답을 가지는 센서를 개발했다. 정밀 수소 계측장비부터 단순한 수소 누출 경보 센서까지 다양하게 적용할 수 있어 수소를 사용하는 전 분야에 걸쳐 파급효과가 클 것으로 예상하며 미래형 디스플레이에도 응용이 가능하다”고 연구 의의를 설명했다.

이 기술이 실용화되면 수소가 사용되는 수소연료전지 자동차, 수소연료전지 산업환경 등에 안전을 확보하는 방향으로 활용이 가능해질 전망이다.
이해미 기자 ham7239@