이미지 확대보기수전해란 물을 전기분해하여 수소를 얻는 기술이다. 친환경적인 방법으로 고순도의 수소를 만들 수 있지만, 전력비용이 많이 들기 때문에 안정적인 수소 경제 구축을 위해서는 고효율 수전해 기술 개발이 선행돼야 한다.
수소는 자연에 존재하는 가장 풍부한 원소지만 자체로 존재하기보다는 석유·석탄·천연가스 등 화석연료나 물 등 화학성분으로 존재하기 때문에 이들로부터 추출해야 한다. 화석연료에서 추출된 수소는 온실가스가 동시에 다량 배출돼 '그레이(Grey) 수소'라 불리는데, 정부는 '수소경제 활성화 로드맵'에서 온실가스가 배출되지 않는 물을 이용한 '그린(Green) 수소'로의 패러다임 전환을 추진하고 있다. 문제는 재생에너지로 수소를 생산할 경우 불안정한 전력 부하로 인해 수전해 시스템 성능이 빠르게 나빠지는 것이다. 또한 기상 조건 변화로 재생에너지가 수전해 시스템에 부하 대비 0~20% 정도로 적게 공급되면 수소와 산소가 섞인 혼합가스가 가연성 한계에 쉽게 도달하게 되어 폭발위험이 있다.
연구진은 이번 연구개발을 통해 간헐성과 변동성이 큰 재생에너지가 공급되더라도 내구성과 효율이 높은 전극과 분리막을 자체 개발했고, 이 스택 기술을 통하여 수전해 시스템을 모듈화하는데 성공했다.
수전해 분리막은 미세구멍의 정밀제어·친수성을 향상시켜 상용제품(Zirfon UTP500, Agfa사) 대비 가스혼합을 3배 이상 억제하면서도 3배 이상 높은 이온전도성을 갖는 고안정성·고이온전도성 분리막 합성기술을 확보하였다. 수전해 전극은 부하변동 운전에 대한 내구성 확보를 위해 전이금속 촉매보다 반응성이 큰 망간 또는 크롬을 첨가하여 촉매 수명을 향상하는 효과를 얻을 수 있었다.
한국에너지기술연구원 연구진은 이 기술을 통해 수소생산 효율을 82% 이상까지 끌어올렸으며, 부하변동 시 발생할 수 있는 가스 혼입, 전극 효율 문제를 해결해 더욱 넓은 출력범위(5~110%)의 연계 운전이 가능하도록 설계했다.
부하변동 대응형 수전해 스택기술은 순수 국내 기술로 수소경제 사회 구현을 위한 그린수소생산의 길을 앞당겼다는 것에 큰 의미가 있다. 연구진은 대단위 재생에너지 단지에서 국내 수전해 기술을 적용해 그린수소를 대량으로 생산하고, 정부의 수소경제 활성화 정책에 기여할 것으로 기대하고 있다. 또한, 수소산업 관련 전·후방산업 육성·확대에 상당한 파급효과를 가져올 것으로 전망한다.
김창희 책임연구원은 "부하변동 대응형 수전해 기술 개발을 통해 우리나라가 진정한 수소경제로 정착하는 데 매우 중요한 역할을 하게 될 것으로 전망한다"고 밝혔으며 "해외 선도국의 수전해 기술과 경쟁하기 위해 고성능·고내구 전극과 분리막 등 핵심 부품 소재 요소기술과 MW급 스택 스케일업 설계 기술 모두 확보되어야 한다"고 강조했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 기후변화대응기술개발사업, 수소에너지혁신기술개발사업의 일환으로 2015년부터 약 5년간 진행되고 있으며, 지난 5월 25일 월요일 한국에너지기술연구원 대전 본원에서 '부하변동 대응 수전해 스택 설계 기술'로 국내 수요기업과 기술이전 계약 체결식을 진행했다.
송광범 기자 postmoneynews@gmail.com
