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에너지연구원, 재생에너지 이용 '고효율 그린 수소 생산기술' 국산화
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에너지연구원, 재생에너지 이용 '고효율 그린 수소 생산기술' 국산화
  • 김지연 기자
  • 승인 2020.06.17 18:45
  • 댓글 0
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고효율 수전해 스택 핵심소재 및 구조설계 기술 확보
그린수소 대량생산 통해 수소경제 활성화 기대
기술의 주요 내용 및 특징:1. 부하변동 반복운전 열화에 대해 고내구성을 갖는 고성능·고내구 대면적 전극 2. 가스 혼합을 억제하면서도 높은 이온 전도성을 갖는 고안정성·고전도성 분리막 3. 부하변동 운전 시 스택전압/전류효율 향상이 가능한 스택 설계 /한국에너지기술연구원

수소경제의 핵심 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 재생에너지와 직접 연동 가능한 고효율 수전해 핵심기술 개발에 성공했다.

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

'수전해'란 물을 전기분해하여 수소를 얻는 기술로 고순도의 수소를 친환경적인 방법으로 생산할 수 있는 장점이 있지만, 고가의 전력비용이 발생한다는 단점이 있다.

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

화석연료에서 추출된 수소는 온실가스가 동시에 다량 배출되어 일명 ‘그레이(Grey) 수소’라 불리는데, 정부는 ‘수소경제 활성화 로드맵’에서 온실가스가 배출되지 않는 물을 이용한 ‘그린(Green) 수소’로의 패러다임 전환을 추진하고 있다.

그러나 재생에너지를 이용해 수소를 생산할 경우 불안정한 전력 부하로 수전해 시스템에 문제가 생기거나 기상 조건 변화로 재생에너지가 적게 공급되면 수소와 산소가 섞인 혼합가스가 가연성 한계에 쉽게 도달해 폭발위험도 있다고 한다. 

재생에너지 연계 ‘부하변동 대응형 수전해 스택’ 기술/한국에너지기술연구원

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

연구진이 개발한 수전해 분리막은 미세구멍의 정밀제어 및 친수성을 향상시켜 상용제품 대비 가스혼합율을 3배 이상 억제하면서도 3배 이상 높은 이온전도성을 갖는 분리막 합성기술을 확보했다. 

또한 수전해 전극은 부하변동 운전에 대한 내구성 확보를 위해 전이금속 촉매보다 반응성이 큰 망간 또는 크롬을 첨가하여 촉매 수명을 향상하는 효과를 얻을 수 있었다고 한다. 

부하변동 대응형 수전해 스택기술은 순수 국내 기술로 수소경제 사회 구현을 위한 그린수소생산의 길을 앞당겼다는 것에 큰 의미가 있다. 

실험 및 실증 데이터/한국에너지기술연구원

이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 기후변화대응기술개발사업, 수소에너지혁신기술개발사업의 일환으로 2015년부터 약 5년 간 진행되고 있으며, 지난 5월 25일  ‘부하변동 대응 수전해 스택 설계 기술’로 국내 수요기업과 기술이전 계약 체결식을 진행했다.

김창희 책임연구원은 “부하변동 대응형 수전해 기술 개발을 통해 우리나라가 진정한 수소경제로 정착하는데 매우 중요한 역할을 하게 될 것으로 전망한다.”며 “해외 선도국의 수전해 기술과 경쟁하기 위해 고성능·고내구 전극과 분리막 등 핵심 부품소재 요소기술과 스택 스케일업 설계 기술 모두 확보되어야 한다.”고 강조했다.

대규모 친환경 그린수소 생산 및 Power to Gas용 수전해 시스템
대규모 친환경 그린수소 생산 및 Power to Gas용 수전해 시스템/한국에너지기술연구원

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