김창희 에너지연 박사 수전해 스택 평가장치를 살펴보고 있다.[한국에너지기술연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 수소경제 시대를 열어젖힐 핵심기술인 ‘재생에너지와 직접 연동 가능한 고효율 수전해 기술’이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국에너지기술연구원은 수소연구단 김창희 박사 연구팀이 태양광, 풍력 등과 같이 간헐성과 변동성이 큰 재생에너지를 이용해 고효율로 수소를 생산할 수 있는 ‘부하변동 대응형 수전해 스택’ 개발에 성공했다고 17일 밝혔다.

수전해란 물을 전기분해하여 수소를 얻는 기술로 고순도(99.999%)의 수소를 친환경적인 방법으로 생산할 수 있는 장점이 있지만, 고가의 전력비용이 발생한다는 단점이 있다.

수소는 자연에 존재하는 가장 풍부한 원소지만 석유·석탄·천연가스 등 화석연료나 물 등 화학성분으로 존재하기 때문에 이들로부터 추출해야 한다. 화석연료에서 추출된 수소는 온실가스가 동시에 다량 배출돼 일명 ‘그레이(Grey) 수소’라 불리는데, 정부는 ‘수소경제 활성화 로드맵’에서 온실가스가 배출되지 않는 물을 이용한 ‘그린(Green) 수소’로의 패러다임 전환을 추진하고 있다.

하지만 재생에너지를 활용해 수소를 생산할 경우 불안정한 전력 부하로 수전해 시스템 성능이 빠르게 나빠지는 문제가 발생한다. 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.

연구팀은 간헐성과 변동성이 큰 재생에너지가 공급되더라도 내구성과 효율이 높은 전극과 분리막을 자체 개발했고, 이 스택기술을 통해 수전해 시스템을 모듈화 하는데 성공했다.

개발된 수전해 분리막은 미세구멍의 정밀제어 및 친수성을 향상시켜 상용제품 대비 가스혼합을 3배 이상 억제하면서도 3배 이상 높은 이온전도성을 갖는다. 또 부하변동 운전에 대한 내구성 확보를 위해 전이금속 촉매보다 반응성이 큰 망간 또는 크롬을 첨가해 촉매 수명을 향상하는 효과를 얻었다.

연구팀은 이 기술을 통해 수소생산 효율을 82% 이상까지 끌어올렸으며, 부하변동 시 발생할 수 있는 가스혼입 및 전극 효율 문제를 해결해 보다 넓은 출력범위 연계 운전이 가능하도록 설계했다.

김창희 박사는 “이번 수전해 기술 개발을 통해 우리나라가 진정한 수소경제로 정착하는데 매우 중요한 역할을 하게 될 것”이라면서 “해외 선도국의 수전해 기술과 경쟁하기 위해 고성능·고내구 전극과 분리막 등 핵심 부품소재 요소기술과 MW급 스택 스케일업 설계 기술 모두 확보돼야 한다”고 강조했다.

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