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화학연, 수소차 연료전지 소재 'PFSA' 제조공정 성공...국산화 기술이전
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화학연, 수소차 연료전지 소재 'PFSA' 제조공정 성공...국산화 기술이전
  • 박주현 기자
  • 승인 2021.03.16 12:36
  • 댓글 0
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16일, (주)켐트로스와 '과불화술폰산 이오노머(PFSA)' 공정 기술이전 계약 체결
PFSA 제조공정, 기초연료인 TFE·HFPO·중간물질·단량체·최종소재 제조 검증기술 모두 확보
화학연 과불화술폰산 이오노머(PFSA) 제조 공정: 기초원료(FSVE 단량체) 합성 및PFSA 중합체 제조 장치(원료기준 20L 규모) /사진=한국화학연구원

지난 2018년 한국화학연구원은 수소차와 에너지 저장장치 등에 쓰이는 핵심소재 '과불화술폰산이오노머(PFSA)' 합성기술을 개발한 이후 상업화를 위한 생산 공정을 연구해온 가운데, 드디어 국산화를 위한 기술이전을 추진한다.

16일 한국화학연구원은 (주)켐트로스와 수소차 연료전지의 핵심 소재인 '과불화술폰산이오노머'를 국산화하기 위한 기술이전 계약을 체결했다고 밝혔다.

PFSA는 수소차와 에너지 저장장치(ESS), 전해조, 분산전원 등에 사용된다. 수소차는 환경오염 물질을 배출하지 않아 탄소중립을 실현할 수 있는 차세대 운송 수단 중 하나다.

수소차는 연료전지에서 수소와 산소의 화학적 반응으로 물이 배출되고 전기가 생성되는 원리로 움직이기 때문에 연료전지 내의 수소이온을 통과시켜 산소와 반응을 일으키게 하는 전해질 막이 중요하다. 

전해질 막인 PFSA 제조 공정은 불소화학의 모든 기술이 집약된 것으로 수분과 온도, 폭발성 등 여러 민감함 변수가 있고 제조공정이 까다롭고 길다고 한다. 듀폰이나 AGC 등 일부 글로벌 기업만이 제조할 수 있고 현재 우리나라는 전량 수입에 의존하고 있다.

2019년 산업통상자원부의 수소경제 활성화 로드맵에 따르면 우리나라 수소차 생산 규모를 연간 2022년 8만1천대, 2040년에 620만대로 확대한다는 방침이다.

▲(왼쪽 위)기초원료(TFE, 가스), ▲(오른쪽 위)PFSA 원료물질(FSVE 단량체, 액체), PFSA 원료물질(FSVE 단량체, 액체), ▲(왼쪽 아래)PFSA 중간물질
(-SO2F form 중합체, 고체), ▲PFSA 최종산출물 (-SO3H form 전해질, 고체) /사진=한국화학연구원

PFSA는 기초원료인 사불화에틸렌(TFE), 산화육불화프로펠렌(HFPO), 중간물질인 불화산(-COF) 화합물, 과불소술폰산 단량체, 불소계 개시제, 최종 소재인 불소고분자 제조 기술과 신뢰성 검증 기술 등을 모두 확보해야 한다.

화학연의 불소화학소재공정 국가연구실은 PFSA의 기초 원료 제조공정과 단량체로부터 PFSA 제조공정 등 상업화에 필요한 총 9단계의 제조 공정을 최적화해 켐트로스에 기술이전했으며, 켐트로스와 함께 2022년 상반기 생산 개시를 목표로 연간 100톤 규모의 상업생산공장 설계 및 건설과 시제품의 장기 안전성 평가를 추진하고 있다고 밝혔다.

켐트로스 생산공정 건설 및 시험 가동 중 (20210312): 불소계 단량체, 중합체 병행생산 공정 [연료전지 전해질(PFSA), 이차전지 바인더 및 불소고무(PVDF)]
지난 12일 켐트로스 생산공정 건설 및 시험 가동 중이다.(불소계 단량체, 중합체 병행생산 공정) -연료전지 전해질(PFSA), 이차전지 바인더 및 불소고무(PVDF) /사진=한국화학연구원

PFSA의 제조와 활용기술이 국가전략산업인 그린뉴딜과 수소산업 발전, 탄소중립 실현 기여와 전량 수입해온 소재를 국산화해 관련 산업 육성이 가능할 것으로 기대가 모아지고 있다.


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