재생에너지 이용한 그린수소 생산기술 국산화

[이투뉴스] 국내 연구진이 수소경제의 성공적 이행을 위한 핵심기술인 ‘재생에너지와 직접 연동가능한 고효율 수전해 기술'을 개발했다. 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 수소연구단 김창희 박사팀은 태양광, 풍력 등 간헐성과 변동성이 큰 재생에너지를 이용해 안정적으로 고효율 수소를 생산할 수 있는 부하변동 대응형 수전해 스택을 개발했다고 밝혔다.

수소는 자연에 존재하는 가장 풍부한 원소지만 자체로 존재하기 보다는 석유·석탄·천연가스 등 화석연료나 물 등 화학성분으로 존재한다. 화석연료에서 추출된 수소는 온실가스가 동시에 다량 배출돼 그레이수소라 불린다. 정부는 수소경제 활성화 로드맵에서 온실가스가 배출되지 않는 물을 이용한 그린 수소로의 패러다임 전환을 추진하고 있다.

하지만 재생에너지를 활용해 수소를 생산할 경우 불안정한 전력 부하로 수전해 시스템 성능이 빠르게 나빠지는 문제가 발생한다. 또 기상 조건 변화로 재생에너지가 수전해 시스템에 부하 대비 0~20% 정도로 적게 공급되면 수소와 산소가 섞인 혼합가스가 가연성 한계에 쉽게 도달해 폭발위험이 있다.

연구진은 이번 연구개발로 간헐성과 변동성이 큰 재생에너지가 공급되더라도 내구성과 효율이 높은 전극과 분리막을 자체 개발해 스택기술을 통한 수전해시스템을 모듈화했다. 수전해 분리막은 미세구멍의 정밀제어 및 친수성을 향상시켰다. 상용제품와 비교해 가스혼합을 3배 이상 억제하면서도 3배 이상 높은 이온전도성을 갖는 분리막 합성기술을 확보했다.

수전해 전극은 부하변동 운전에 대한 내구성 확보를 위해 전이금속 촉매보다 반응성이 큰 망간 또는 크롬을 첨가해 촉매 수명을 향상시켰다. 연구진은 이 기술을 통해 수소생산 효율을 82% 이상으로 끌어올렸다. 부하변동 시 발생할 수 있는 가스혼입 및 전극 효율 문제를 해결해 넓은 출력범위(5~110%)의 연계 운전이 가능하도록 설계했다. 

에기연 관계자는 "부하변동 대응형 수전해 스택기술로 순수 국내기술로 수소경제사회 구현을 위한 그린수소생산의 길을 앞당겼다"며 "2022년에 예정된 새만금 등 대단위 재생에너지 단지에서 국내 수전해기술로 대량 그린수소를 생산해 정부의 수소경제 활성화에 기여하고, 수소산업 관련 전·후방산업 육성 및 확대에 미치는 파급효과도 기대된다"고 말했다.

김창희 책임연구원은 "부하변동 대응형 수전해기술 개발을 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 MW급 스택 스케일업 설계기술을 확보해야 한다"고 말했다. 한편 에기연의 이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 기후변화대응기술개발사업, 수소에너지혁신기술개발사업의 중 하나로 2015년부터 진행하고 있다. 지난달 25일 국내 수요기업과 기술이전 계약을 체결했다.

진경남 기자 jin07@e2news.com