[파이낸셜뉴스] 폭발 위험성을 가진 수소 가스를 안전하게 감지할 수 있는 신기술이 개발됐다. 부산대학교는 정보의생명공학대학 의생명융합공학부 서민호 교수 연구팀이 장시간 안정적으로 수소 가스를 감지할 수 있는 팔라듐(Pd) 기반의 고민감도 센서 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 이번 연구는 수소 에너지 산업의 안전성을 대폭 향상시키는 중요한 성과로 평가받고 있다.  친환경·고효율 에너지로 각광받는 수소는 무색·무취로 환경에 유익한 반면 4% 이상 농도에서는 폭발성을 가지기 때문에 안전 관리가 필수적이다. 이에 수소 가스의 농도를 신속하고 정확하게 감지할 수 있는 고감도 센서 기술 개발이 요구되고 있다. 기존의 팔라듐 기반 수소 감지 센서는 성능은 뛰어났으나 대기 중 이산화탄소에 노출되면 팔라듐 표면이 오염돼 급격히 성능 저하가 발생했다. 이번 연구를 통해 서 교수 연구팀은 팔라듐의 표면 오염 원인을 밝혀내고, 200℃ 열처리 기술을 통해 팔라듐의 초기 성능을 완벽히 회복하는 방법을 개발했다. 이를 통해 연구팀은 반도체를 기반한 마이크로 기계전자 시스템(MEMS) 기술을 적용해 손톱 크기의 소형 고성능 수소 센서를 제작했다. 해당 센서는 2달 이상 대기 중에 방치된 후에도 열처리만으로 초기 성능을 유지할 수 있는 점이 특징이다. 서 교수는 “이번 연구는 수소 가스 누출 사고 예방과 수소 에너지 사용의 안전성을 크게 강화할 수 있는 획기적 기술”이라며 “수소 경제 발전에 핵심 기술로 자리 잡을 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 지난 9일 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 진행됐다. 425_sama@fnnews.com 최승한 기자

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST)과 현대차, 부산대가 손잡고 수소 가스가 새는 것을 0.6초 이내에 감지할 수 있는 수소 감지 센서를 개발했다. 이 센서는 -10~80도에서 동작하며, 1만번 이상 반복 동작 등 미국 에너지청 기준을 충족하는 것을 넘어 세계 최고 성능이다. 10일 KAIST에 따르면 KAIST 조민승 박사가 현대차 기초소재연구센터 전자기에너지소재 연구팀, 부산대 서민호 교수와 협업해 수소감지 센서를 개발했으며, 미국과 한국 등에 3건의 특허가 출원돼 있다. 현재 현대차와 함께 소자를 웨이퍼 스케일로 제작한 후 차량용 모듈에 탑재해 감지 및 내구 성능을 추가로 검증하는 중이다. 조민승 박사는 "이번 연구 결과는 기존 수소 센서 성능 한계를 뛰어넘어 고속 동작할 뿐만아니라 실사용에 필요한 신뢰성, 안정성까지 확보했기에 중요한 가치를 가지며, 자동차, 수소 충전소, 가정 등 다양한 곳에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.  연구진은 기존 상용화된 수소 센서보다 빠르고 안정적인 수소 감지 기술 확보를 위해 2021년부터 차세대 수소 센서 개발에 착수했고, 2년여의 개발 끝에 성공했다. 기존의 수소 센서 연구들은 주로 감지 소재에만 집중해 연구됐다. 이는 특정 성능 지표에선 매우 뛰어난 성능을 보이지만 모든 성능 지표를 충족하지는 못하고, 일괄 공정이 어려워 상용화에 한계가 있었다. 연구진은 이를 극복하기 위해 순수한 팔라듐 물질 기반으로 독자적인 마이크로·나노 구조 설계 및 공정 기술을 접목했다. 또 향후 양산을 고려해 합성 소재가 아닌 순수 금속을 활용하고, 반도체 일괄 공정 기반으로 대량 생산이 가능하도록 설계했다.  아울러 제작한 소자를 블루투스 모듈과 패키징해 무선으로 1초 이내로 수소 누출을 감지하는 통합 모듈을 만들어 성능을 검증했다. 연구진은 "기존 고성능 광학식 수소 센서와 달리 휴대성이 높아 수소 에너지가 보급되는 다양한 곳에 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 센서시스템연구센터 박유신 박사팀과 고려대학교 바이오의공학과 유용상 교수팀이 수소 가스가 새는 것을 색변화로 알아내는 센서를 개발했다. 연구진이 만든 수소 감지 센서는 작은 크기로 만들 수 있으며 사용하는데 별도의 전력도 필요없다. 실제 밀폐된 공간에 2분도 안돼 색이 변해 수소가 누출됐다는 것을 알게 했다. 또 수소를 제거하자 바로 원래상태로 돌아왔다. 유용상 교수는 3일 "이 센서가 보급되면 수소 폭발 사고를 예방할 수 있어 수소 플랜트나 연료전지 가스 연결부를 제작하는 기업의 수요가 있을 것"이라고 말했다. 무색 무취인 수소는 대기중 산소와 만나면 폭발 위험성이 높아 빠르게 확인하고 조치를 취하는게 중요하다. 연구진은 수소 감지 센서를 만들기에 앞서 수소를 잘 흡수하는 팔라듐에 주목했다. 팔라듐은 흡수한 수소와 산소의 촉매 반응으로 표면에 물이 만들어지는 금속이다. 하지만 팔라듐 표면의 물은 바로 증발해 육안으로 쉽게 확인할 수 없다. 연구진은 수소와 산소만 통과할 수 있는 고분자 박막의 위아래를 팔라듐 박막으로 감싸 금속-고분자-금속 적층형 센서를 만들었다. 박막 위에 나노미터 두께의 물 층이 형성되도록 한 것이다. 센서 안에 물이 고이면 빛 공명과 반사를 통해 색이 변하게 된다. 반대로 수소 가스가 없어지면 박막 사이에 있는 물이 서서히 증발해 처음 색상으로 돌아온다. 이 같은 과정을 통해 염료 없이도 나노구조의 규격을 조절해 원하는 색상을 쉽고, 저렴하게 만들어냈다. 연구진은 "이 기술은 유리, 플라스틱 등 투명 기판에도 적용할 수 있을 뿐만아니라 소모 전력 없이 작은 크기로 만들 수 있다"며 "수소 플랜트나 자동차 연료전지 시스템 등 좁고 복잡한 수소 배관이 지나가는 곳 어디든지 쉽게 부착해 사용할 수 있다"고 설명했다. 또한, 수소 가스를 선택적으로 흡수하고 배출하는 고분자 박막을 활용했기 때문에 온도와 습도 등 주변 환경의 변화에 영향을 받지 않고 동작할 수 있어 상용화 가능성이 높다는 분석이다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 수소 감지 센서를 광학분야 최상위 세계적 학술지 '포토닉스(PhotoniX)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 덕우전자의 주가가 장중 강세다. 수소 에너지 기술의 안정성 확보를 위한 수소 누설 감지 센서 상용화가 국내에서 성공하면서 영향을 받은 것으로 풀이된다. 11일 오후 2시 1분 현재 덕우전자는 전 거래일 대비 5.26% 오른 6600원에 거래되고 있다. 나노종합기술원은 센서 전문기업 엠엔텍과 함께 수소 에너지 기술의 안정성 확보를 위한 수소 누설 감지 센서 상용화에 성공했다고 이날 밝혔다. 이 수소 센서는 수소의 저장, 운송과 활용 과정에서 발생할 수 있는 수소 누설을 신속히 검출하는 센서다. 엠엔텍은 수소 연료전지를 위한 접촉연소식 수소 누출 감지센서 개발과 양산기술 개발을 기술원에 의뢰했다. 나노종합기술원은 나노인프라와 공정기술을 활용해 제품 개발 가능성을 확인했다. 나노종합기술원은 과학기술정보통신부 지원과 8인치 반도체 장비와 공정기술(MEMS)을 통한 고신뢰성, 고감도, 초소형과 저전력의 특성을 지닌 수소센서 대량 생산기술 개발에 성공했다. 덕우전자의 최근 분기보고서에 따르면 이 회사는 초소형 카메라모듈에 장착되는 정밀부품과 자동차용 전장부품을 주 사업으로 영위하고 있다. 연결대상 종속회사 중 엠엔텍이 MEMS 기반 센서를 제조하고 있어 기대감이 몰렸다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

[파이낸셜뉴스] 나노종합기술원이 센서 전문기업 엠엔텍과 수소 누설 감지 센서를 공동 개발해 상용화에 성공했다. 이 수소센서는 대기 중 산소와 결합할 때 자연 발화해 폭발하는 수소의 저장과 운송, 활용 과정에서 발생할 수 있는 수소 누설을 신속히 검출하는 센서다. 11일 나노종합기술원에 따르면 엠앤텍은 나노종합기술원과의 공동기술 개발결과를 토대로 지난해 투자유치에 성공, 올해 6월 495㎡ 규모의 자체 생산시설 구축했다. 엠엔텍 강석환 대표는 "전 세계적으로 수소 연료전지 자동차와 수소 충전소 등의 수요가 증가함에 따라 신규 응용제품 적용이 본격화되고 있어, 올해 매출액 10억원, 2025년 이후 100억원 이상의 매출을 기대하고 있다"고 말했다. 엠엔텍은 수소연료전지를 위한 접촉연소식 수소누출 감지센서 개발과 양산기술 개발을 나노종합기술원에 의뢰, 기술원은 나노인프라와 공정기술을 활용해 중소기업 애로기술 해결에 착수했다. 기술원은 과학기술정보통신부 지원사업을 활용해 기술원의 8인치 반도체 장비와 미세전자기계시스템(MEMS)을 통한 고신뢰성, 고감도, 초소형과 저전력의 특성을 지닌 수소센서 대량 생산기술을 개발했다. 이를 기반으로 기술원과 ㈜엠엔텍은 3차원 나노구조 기술을 접목해 저농도와 고농도의 수소 누설 검출이 가능한 수소센서를 개발하고 있으며, 수소산업 전반의 안전관리와 에너지 안전성 확보를 위한 제품개발을 협력하고 있다. 나노종합기술원 이조원 원장은 "이번 수소 누설 감지센서 상용화는 기술원의 제품개발 지원 성공에 따른 중소기업의 자체 생산시설 구축과 고용창출을 달성한 대표적인 사례"라며 "앞으로도 기술원은 센서 상용화에 어려움을 겪는 국내 중소기업의 애로기술 해결과 상용화를 적극 지원하겠다"고 말했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 코스닥 상장기업 아모센스가 현대자동차와 수소센서 국산화를 위한 국가핵심소재연구 국책과제를 유치하고 공동개발 중이라는 소식에 장중 오름세다. 16일 오후 1시 9분 현재 아모센스는 전 거래일 대비 3.89% 오른 1만7350원에 거래되고 있다. 금융투자업계에 따르면 초소형 정밀기계 전문기업 멤스는 소형화에 따른 저전력, 높은 민감도, 고성능, 대량생산이 가능한 멤스 미러 소자와 수소 감지 소자, 전력 소자 등을 개발했다고 이날 밝혔다. 멤스 수소 감지 소자는 열전도율 타입 가스 검출 소자로 수소차와 수소발전소, 호기 수소검지, 변압기 수소검지, 누설 수소검지, 수소농도 관리 등 수소 활용 전 영역에서 안전관리를 위한 핵심 부품으로 수요가 늘어날 전망이다. 현재 미국, 유럽, 일본 기업이 독점하고 있는 수소센서시장 국산화를 위해 멤스와 연세대, 아모센스, 현대차 등이 국가핵심소재연구 국책과제를 유치해 공동 개발 중이다. 이들은 기존 촉매형 센서 내구성 문제를 해결할 수 있는 열전도 방식 멤스 센서 개발을 목표로 하고 있다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

【파이낸셜뉴스 수원=장충식 기자】 아주대 연구팀이 수소 농도를 정밀하게 측정할 수 있는 수소 센서를 개발하는 데 성공했다. 18일 아주대학교는 서형탁 교수(신소재공학과·대학원 에너지시스템학과)가 다층 초박막 합금 촉매-전극을 이용한 고정밀·고신뢰성 수소 농도 센서를 개발했다고 밝혔다. 촉매-전극 신소재를 기반으로 ppm 단위부터 100%까지의 수소 농도를 탐지할 수 있는 고정밀 센서다. 관련 내용은 ‘수소 검지 범위 향상을 위한 다층 Pd-Ni 나노 촉매의 국소적 계면 합금화(Confined interfacial alloying of multilayered Pd-Ni nanocatalyst for widening hydrogen detection capacity)’라는 논문으로 센서 분야 국제 학술지 '센서 앤 액츄에티터 B (Sensors & Actuators B: Chemical)' 1월1일 온라인판에 게재됐다. 아주대 이영안 박사와 Le Thai Duy 박사가 제1저자로 참여했고, 충남대 김현유 교수와 구미전자정보기술원 박주철 박사 연구팀이 함께 참여했다. 수소는 차세대 친환경 에너지 연료원으로 자동차, 전기 생산 분야 등 산업 전반에서 활용 영역을 확장하고 있다. 특히 수소전기차의 보급이 늘면서 친환경 수송 분야에서 수소의 중요성이 증대되고 있다. 그러나 수소 연료 자체의 특성으로 인한 안전성 확보 문제가 한계로 지적되어 왔다. 수소는 무색·무취의 특성을 가지고 있는 데다 무게가 가벼워 누설의 위험성이 높아 사전 감지는 꼭 필요하다. 이를 위해 실시간으로 95-100% 구간의 고농도 수소를 높은 농도 분해능으로 정밀 모니터링하는 센서가 필요하다. 하지만 고농도 수소 센서는 고난이도의 기술이 필요해 전 세계적으로 극소수 고가 제품만이 나와 있다. 특히 단일 형태 센서 소자로 ppm부터 100% 까지의 광범위 농도 감지를 구현한 바는 현재까지 없었다. 아주대 연구팀은 수소 농도의 정밀 모니터링과 신뢰성 확보를 위해 기존 화학저항식 수소 센서에 널리 활용되는 팔라디움(Pd) 촉매 전극을 탈피해, Pd(팔라디움), Ni(니켈)의 초박막(각층의 두께: 수 nm)을 교차로 반복 적층한 새로운 전극을 개발해냈다. 연구팀이 개발한 방식은 Pd-Ni 초박막의 반복 적층 구조로 인해 고감도·고정밀로 수소 센싱이 가능하며, 전 농도 범위에서 최고 수준의 성능을 달성했다(선형성 95-99%. 응답 속도 1-3초 이내, 신호편차 1% 이하). 특히 수소연료전지 부품을 양산할 때 적용되는 반복 내구성 가속 테스트(4만회 반복 수소 감지)에서도 안정적인 동작을 구현했다. 연구팀은 이러한 특성이 2-3nm 두께 수준 Pd-Ni 나노 계면 합금의 구조적 안정성과 수소 탈착 에너지 감소를 통한 것임을 원자 수준 이론 계산과 초고분해능 투과전자현미경 분석을 통해 입증했다. 서형탁 교수팀은 이번에 개발한 센서 기술을 전 세계 첨단 기술이 한자리에 모이는 ‘CES(Consumer Electronics Show) 2021’에서 선보였다. 서형탁 교수는 “이번에 개발한 수소 센서를 수소 모니터링 시스템 기술로 확대해 상용화하기 위해 추가로 기술을 개발하고 있다”며 “수소 에너지 인프라와 반도체, 석유화학 등 수소를 활용하는 산업 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구는 산업통상자원부·한국에너기술평가원 주관 에너지기술개발사업과 과학기술정보통신부·한국연구재단 주관 해외우수신진인력지원사업, 기초연구지원사업, BK21 Four사업의 지원으로 수행돼 국내 특허 등록을 완료했으며, 해외 특허 출원이 진행 중이다. jjang@fnnews.com 장충식 기자

[파이낸셜뉴스] 센코가 강세다. 최근 수소 전기차 등 관련 테마에 대한 관심이 높아지면서 전력소모가 없는 전기화학식 수소센서를 국내 유일하게 생산하는 센코에 기대매수세가 몰린 것으로 보인다. 30일 오전 11시 18분 현재 센코는 전일 대비 1600원 (+6.96%) 상승한 2만4600원에 거래되고 있다. 최근 수소전기차 등 친환경 관련 수혜주 찾기가 분주한 상황이다. 전기화학식 수소센서는 배터리의 전기를 쓰지 않아 향후 수소 전기차 등에 활용도 높은 것으로 알려졌다. 센코는 전력 소모와 배터리소모를 걱정할 필요 없는 전기화학식 수소 센서에 대한 독보적 기술력을 가진 업체다. 향후 수소 자동차 등에 적용될 수 있다. 또 수소차뿐 아니라 모든 수소 생산 시설이나 시스템에는 센서를 무조건 장착해야 한다. 한편 가스센서업체인 센코는 지난 10월 코스닥에 상장했으며, 상장 이후부터 친환경, 수소차 테마주로 거론됐다. 유진투자증권 박종선 연구원은 “센코는 제품 영역의 확대 및 사업 영역 확장으로 중장기 성장 기반을 확보했다”며 “실제 세계 최초 초소 형 슬림구조 전기화학적 가스센서 개발로 다양한 산업에 진입 예정인데다, 기존의 안전기기 및 환경 IoT 기기 영역에서 에너지관리기기, 자동차용 배출가스 측정기, 호흡 기 질환 및 천식관련 헬스케어 기기, 가정용 IoT 기기 등을 개발, 판매할 예정이라 성장성이 높다”고 분석했다. kakim@fnnews.com 김경아 기자

【 수원=장충식 기자】 아주대학교는 서형탁 에너지시스템학과·신소재공학과 교수팀이 '수소착색센서'를 개발하는데 성공했다고 12일 밝혔다. 수소는 에너지 연료원으로 자동차, 전기생산 분야 등 산업전반에 활용 영역을 확장하고 있지만 안정성 문제가 항상 제기되어 왔다. 수소는 무색, 무취에다 가벼워 누설의 위험성이 높고 공기 중 농도가 4%만 되어도 점화원만 있으면 폭발할 수 있기 때문이다. 이로 인해 수소 누출 시 효과적으로 검지할 수 있는 센서 기술이 국내외적으로 활발히 연구돼 왔다. 이번에 서 교수팀이 개발한 수소착색센서는 미 항공우주국(NASA) 등의 해외연구기관이 개발한 수소 검지 센서에 비해 검출 반응과 속도에 있어 월등하고, 제조단가에서도 경쟁력이 갖췄다. 수소착색센서는 촉매물질을 이용해 수소분자를 수소원자로 분리하고, 이를 나노 크기의 구멍들이 있는 산화물 박막에 확산시킨다. 이 과정에서 수소와 산화물 원자간 결합에 의해 국부적 플라즈모닉스 현상이 일어나 색상이 변하게 된다. 플라즈모닉스는 빛이 금속 및 반도체 표면의 자유전자와 상호작용해 빛 에너지가 표면파 에너지로 바뀌는 현상을 이용한 새로운 나노광학 분야의 기술이다. 수소착색센서는 모든 농도에서 수소 검지가 가능하고 3초 이내에 색상이 변하면서 수소의 유무를 육안으로 판별할 수 있다. 상온에서 제작이 가능하고, 플라스틱, 종이 등 다양한 모양과 재질에도 부착이 가능하다. 뿐만 아니라 센서가 수소 노출될 경우 전류가 급격히 증가하는 저항변화를 유도할 수 있어 수소연료전지 자동차를 비롯한 수소 산업 전반의 안전 및 제어에도 활용이 가능하다. 서 교수팀의 수소착색센서는 다양한 용도에 대응할 수 있도록 소재 및 공정 및 신뢰성과 관련된 원천기술도 이미 특허 등을 확보해 놓은 상태다. 서형탁 교수는 "세계 최고의 수소검지 센서를 국내 원천기술로 확보했다는데 의의가 있다"며 "수소연료전지 자동차 시장의 국제 안전 기술 표준화에도 도전하고자 상용화 기술 개발에 박차를 가하고 있다"고 말했다. jjang@fnnews.com

[파이낸셜뉴스] 한국생산기술연구원은 돼지고기나 쇠고기의 신선도를 즉석에서 측정할 수 있는 휴대용 장치를 만들었다고 11일 밝혔다. 이 장치로 단백질 식품을 검사하고 연동된 스마트폰으로 신선도 여부를 바로 확인할 수 있다. 이 장치는 단백질을 함유한 식품의 유통기한 관리 및 신선도 모니터링에 유용하게 사용될 것으로 보인다. 유엔환경계획(UNEP)이 2021년 발간한 보고서에 따르면, 전 세계 식품 생산량의 17%가 유통 과정에서 폐기되고 있다. 생산기술연구원 지역산업혁신부문 최현석 박사팀이 저온에서도 높은 감도로 식품의 황화수소 가스를 감지할 수 있는 '식품 신선도 모니터링 가스센서'기술을 개발했다. 황화수소는 부패한 단백질 식품에서 발생하는 유독성 기체로, 식품 신선도 평가의 핵심 지표로 활용된다. 이 황화수소 가스 센서는 200도의 상대적으로 낮은 온도에서도 높은 감도를 유지하며 황화수소 가스를 감지할 수 있다. 이에 따라 기존 300도의 고온에서 작동하는 기존 센서보다 에너지 소모량이 적고, 각종 부품의 크기를 최소화할 수 있어 식품 신선도를 모니터링 할 수 있는 휴대용 기기로 상용화 가능하다. 연구진은 낮은 온도에서도 효과적으로 작동하는 가스 센서 개발을 위해 전기방사법 및 열처리기술을 활용했다. 금속 전구체와 폴리머 등을 섞은 용액을 고전압 환경에서 분사하면 다공성 섬유구조를 갖는 소재가 만들어지는데, 이 다공성 섬유 소재를 600도에서 1시간 가량 열처리해 '이산화주석-금 나노구조체'를 합성했다. 빨대모양의 중공 나노섬유 구조를 갖는 이산화주석-금 나노구조체는 가스와의 접촉 면적이 극대화되어 저온에서도 황화수소 가스를 정확하게 감지할 수 있다. 연구진은 3D 프린터를 활용해 개발된 센서와 부품을 제작하고, 한 손에 쥘 수 있는 크기의 소형 휴대용 기기에 통합해 실시간으로 황화수소 농도를 체크하며 식품 신선도를 측정할 수 있는 시스템 구현에 성공했다. 최현석 박사는 "이 센서를 스마트폰과 연동해 식품 안전성을 높이는 모니터링 장치로 활용할 수 있다"며, "식품 뿐만아니라 다양한 산업현장의 독성가스를 측정하는 모니터링 장치로 확대해 안전성과 에너지 효율화를 높이는 후속 연구에 힘 쓸 계획"이라고 밝혔다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 식품 신선도 모니터링 가스센서를 재료분야의 세계적 학술지 '재료화학저널C(Journal of Materials Chemistry C)'에 발표했으며, 이 센서개발 논문은 학술지 표지논문에 선정됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자