한국연구재단(이사장 노정혜)은 오현철 경남과기대 교수와 최경민 숙명여대 교수, 마이클 허셔(Michael Hirscher) 막스플랑크연구소 박사 공동연구팀이 영하 170도에서도 중수소 분리가 가능한 시스템을 개발했다고 16일 밝혔다. 

중수소는 수소에 중성자가 하나 더 있는 수소의 동위원소로, 미래 에너지원으로 꼽히는 핵융합 발전의 핵심연료다. 원자력발전과 연구용 장비 등에 쓰이는 대체 불가능한 자원이다. 하지만 지구상에 존재하는 중수소는 전체 수소 중 0.016%에 불과한 데다, 수소 동위원소 혼합물에서 다공성 물질을 이용해 중수소를 분리하는 것은 거의 불가능에 가까웠다. 

최근 다공성 물질 안에서 가벼운 동위원소보다 무거운 동위원소가 좁은 공간을 더 빠르게 확산되는 양자효과를 이용해, 마치 체로 거르듯(sieving) 무게가 다른 동위원소를 분리하는 연구가 진행되고 있다. 

하지만 이러한 현상은 영하 200도 이하의 극저온에서만 가능해 고가(리터당 3만원)의 액체헬륨을 사용할 수 밖에 없어 어려움이 있었다. 

연구팀은 극저온에서는 닫혀 있다 온도가 올라가면서 서서히 열리는 기공을 가진 다공성 물질을 이용해 더 무거운 중수소만 고온에서 기공을 통해 분리되도록 했다. 이를 통해 영하 170도에서도 중수소 분리가 가능한 시스템도 구축했다.

중수소를 영하 200도 이상에서 분리하면 고가의 액체헬륨 대신 리터당 600원인 액체질소를 사용할 수 있게된다.

이번 연구 결과는 미국화학회지(JACS)에 지난 11월 21일자로 게재됐다.