재생에너지 이용한 그린수소 생산기술 국산화 성공

에너지연구원 '고효율 수전해 스택 핵심소재 및 구조설계 기술' 확보

국내 기업에 기술이전, 그린수소 대량생산 통해 수소경제 활성화 기대

에너지연구원이 개발한 수전해 장치

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국에너지기술연구원은 수소연구단 김창희 박사 연구팀이 태양광, 풍력 등과 같이 간헐적이고 변동성이 큰 재생에너지를 이용해 안정적으로 고효율의 수소를 생산할 수 있는 '부하변동 대응형 수전해 스택' 기술 개발에 성공했다고 17일 밝혔다.

수전해는 물을 전기분해해 수소를 얻는 기술로 고순도(99.999%)의 수소를 친환경적인 방법으로 생산할 수 있는 장점이 있으나 고가의 전력비용이 소모된다. 

수소는 자연에 존재하는 가장 풍부한 원소지만 석유·석탄·천연가스 등 화석연료나 물 등 화학성분으로 존재하기 때문에 이들로부터 추출해야 한다.

재생에너지를 활용해 수소를 생산할 경우 불안정한 전력부하로 수전해 시스템 성능이 나빠지고 재생에너지가 수전해 시스템에 부하 대비 0~20% 정도로 적게 공급되면 수소와 산소가 섞인 혼합가스가 가연성 한계에 쉽게 도달, 폭발위험성이 있다.

이에 따라 김 박사팀은 이번 연구에서 간헐성과 변동성이 큰 재생에너지가 공급되더라도 내구성과 효율이 높은 전극과 분리막을 자체 개발하고 스택 기술로 수전해 시스템을 모듈화하는데 성공했다.

이 수전해 분리막은 미세구멍의 정밀제어 및 친수성을 향상시켜 상용제품(Zirfon UTP500, Agfa사) 대비 가스혼합을 3배 이상 억제하면서도 3배 이상 높은 이온전도성을 갖는 고안정성·고이온전도성의 특성을 보인다.

수전해 전극은 부하변동 운전에 대한 내구성 확보를 위해 전이금속 촉매보다 반응성이 큰 망간 또는 크롬을 첨가해 촉매 수명을 향상하는 효과를 얻어 냈다고 연구팀은 설명했다.

이어 연구팀은 이 기술을 통해 수소생산 효율을 82% 이상까지 끌어올렸으며 부하변동 시 발생할 수 있는 가스혼입 및 전극 효율 문제를 해결해 넓은 출력범위(5~110%)의 연계 운전이 가능토록했다.

순수 국내기술로 탄생한 이번 부하변동 대응형 수전해 스택기술은 수소경제 사회 구현을 위한 그린수소생산의 길을 앞당겼다는데 의미가 크다
 
연구책임자인 김창희 책임연구원은 "부하변동 대응형 수전해 기술개발을 통해 우리나라가 진정한 수소경제로 정착하는데 매우 중요한 역할을 하게 될 것"이라며 "해외 선도국의 수전해 기술과 경쟁하기 위해 고성능·고내구 전극과 분리막 등 핵심 부품소재 요소기술과 ㎽급 스택 스케일업 설계기술을 확보해햐 한다"고 강조했다.

 이번 연구 성과는 지난달 25일 에너지기술연구원 대전 본원에서 기술이전식이 열려 국내 수요기업에 이전됐다.


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