변동성 큰 재생에너지 부하입력에 대한 응답·신뢰성 평가 가능

▲에너지기술연구원에서 개발한 수전해 셀 평가장치.
▲에너지기술연구원에서 개발한 수전해 셀 평가장치.

[이투뉴스] 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 수소연구단 김창희 박사팀은 수소를 생산하는 수전해장치 성능과 효율을 정밀하게 평가할 수 있는 평가 장비를 자체 개발했다고 15일 밝혔다. 

연구진에 따르면, 2018년 정부의 3대 전략투자 대상에 수소경제가 선정되면서 재생에너지와 연계로 친환경 그린수소를 생산할 수 있는 수전해기술개발에 대한 관심이 증가하고 있고, 핵심 소재 및 부품·장치의 성능과 효율을 평가할 수 있는 장비도 다수 보급되고 있다.

물을 전기분해하는 수전해장치는 수소와 산소가 각각 발생하는 음극·양극과 두 전극사이에서 이온을 전달하고 수소-산소 혼합을 막아주는 역할을 하는 분리막으로 구성된 수전해 셀의 집합체다. 수전해장치의 효율은 수전해 셀의 성능에 좌우된다.

통상적인 국내 평가 장비는 전류를 흐르게 했을때 나타나는 수전해 셀의 전압만을 측정하는 방식으로 성능과 효율을 비교적 간단한 장치 구성으로 평가할 수 있다.

하지만 실제 수소·산소 생산량을 정량적으로 검증할 수 없기 때문에 운전되는 전류밀도범위에 따라 부정확한 성능 및 효율평가가 나올 수 있었다. 또 수전해 셀은 낮은 전류 밀도에서 운전될 때 수소와 산소가 혼합될 확률이 매우 높아진다.

연구진은 통상적인 전압효율 측정에 수전해 셀 운전 시 생성되는 수소, 산소의 유량과 농도를 실시간으로 측정하고 혼합 정도를 분석해 인가되는 전류 대비 생성된 수소의 양(전류효율)까지 동시에 정밀하게 분석할 수 있는 평가 장비를 개발했다.

수전해 셀이 운전되는 동안 생성된 수소, 산소에 대한 정보를 실시간으로 쉽게 모니터링 할 수 있다. 이를 바탕으로 날씨에 따라 전기생산량 변화가 심한 태양광·풍력 등 재생에너지와 연계했을 때 수전해 셀의 응답성과 신뢰성도 검증할 수 있다는 설명이다.

김창희 책임연구원은 "이번 평가 장치의 개발은 연구 현장에서 필요로 하는 요소 기술이 반영된 평가 장치를 연구원에서 자체적으로 구현했다는 데에 그 의의가 있다"며 "해외 선도기업 제품 대비 저렴한 가격으로 제작이 가능해짐에 따라 국내 수전해 평가 장치의 보급에 큰 도움이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 기후변화대응기술개발사업과 수소에너지혁신기술개발사업의 하나로 지난해 10월 수경화학에 기술이전을 완료했다. 수경화학은 연구원으로부터 받은 기술이전을 통해 평가 장치 기술개발에 소요되는 막대한 투자비용과 시간과 인력을 절감했다. 

진경남 기자 jin07@e2news.com 

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