1일 500kg급 수소생산 유닛.[한국에너지기술연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 수소차 상용화 시대를 구현할 핵심요소로 꼽히는 ‘경제적 비용의 고효율 수소생산 원천기술’이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국에너지기술연구원 수소연구단 윤왕래 박사 연구팀은 도시가스 파이프라인을 연결, 도심지 또는 수요처 인근에서 99.999% 이상의 고순도 수소를 저렴하게 생산 및 공급할 수 있는 ‘현장생산형 고순도 수소생산유닛’ 기술을 100% 국산화하는데 성공했다고 10일 밝혔다.

수소 인프라 구축 핵심 요소인 ‘현장생산형 천연가스 개질 고순도 수소생산 유닛’의 핵심기술에 대한 국산화율은 40~50%에 불과하다. 이는 현실적으로 시판 가능하고 성능이 입증된 국산화 제품이 없어 전적으로 수입에 의존하기 때문이다. 초기 시설투자비는 1대당 30억원으로, ‘수소경제 활성화 로드맵’의 2022년 목표치인 수소가격 6000원/kg의 비용경제성을 확보하기 위해서는 국산화율을 높여 1대당 10억 원대 이하인 동시에 수소생산효율이 80% 이상 돼야만 한다.

현장생산형 고순도 수소생산기술은 천연가스와 수증기가 반응, 각각의 반응물에 내재된 수소를 뽑아내는 리포밍 모듈과 여기에 포함된 일산화탄소, 이산화탄소, 미반응 메탄 등의 불순물을 흡착분리해 99.999% 이상의 고순도 수소를 생산하는 정제 모듈의 조합으로 구성됐다.

연구팀은 시스템 효율에 가장 중요한 영향을 미치는 개질반응기의 콤팩트 및 고효율화를 구현했다.

이와함께 고순도 수소 정제를 위해 탈착압력을 낮춤과 동시에 5가지 흡착제의 최적 레이어링 및 배열을 통해 유효 흡착량 증대와 분리효율을 극대화시켰다. 이를 통해 수소 정제 효율 99.999% 이상 및 CO 농도를 0.2 ppm 이하로 유지할 수 있도록 설계했다.

이 기술은 미국 에너지부와 일본 NEDO에서 초기 수소에너지 보급 사양 중 제시한 수소생산효율 75~80%를 상회하는 81%의 고효율을 기록했다. 특히 기존 LNG 공급망을 활용해 추가 인프라 투자 없이 쉽고 안정적으로 경제적인 수소생산·공급이 가능하다는 점에서 충분한 경쟁력이 있음을 제시했다.

윤왕래 박사는 “이 기술은 부생수소와 더불어 초기 수소경제 이행의 핵심공급원으로서 매우 중요한 역할을 하게 될 것”이라면서 “자발적 시장진입의 전제로서 대당 10억원 이하의 비용경제성과 더불어 효율 80% 이상, CO 농도 0.2ppm 이하, 안정적 가동 등 시스템 성능 관련 신뢰성 있는 품질데이터가 확보돼야 한다”고 말했다.

한편 연구팀은 지난달 18일 국내기업 원일티엔아이에 50억원 규모의 기술이전 계약을 체결했다. 기술이전받은 원일티엔아이는 정부에서 추진하고 있는 분산형 소규모 수소생산기지 구축사업에 적극 대응함과 동시에 거점형 수소생산기지를 위한 중형개질 시스템 스케일-업 개발을 위한 기반기술로 활용할 계획이다.

nbgkoo@heraldcorp.com