2020.06.17 (수)

  • 구름많음강릉 27.7℃
  • 흐림서울 26.3℃
  • 연무인천 23.0℃
  • 흐림원주 25.3℃
  • 구름많음울릉도 23.5℃
  • 연무수원 25.9℃
  • 구름많음대전 25.7℃
  • 흐림대구 26.0℃
  • 흐림전주 25.6℃
  • 흐림울산 25.4℃
  • 흐림창원 24.9℃
  • 구름많음광주 25.9℃
  • 흐림부산 24.9℃
  • 흐림목포 24.0℃
  • 제주 22.3℃
  • 흐림양평 24.7℃
  • 구름많음보은 24.1℃
  • 흐림천안 24.3℃
  • 흐림김해시 25.5℃
  • 구름많음경주시 26.6℃
기상청 제공

에기연, 그린 수소 수전해 생산기술 국산화 성공

고효율 수전해 스택 핵심소재, 설계 기술 확보
전극·분리막 자체 개발로 운전 안전성 높여



[월간수소경제 성재경 기자] 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 수소연구단 김창희 박사 연구진은 태양광, 풍력 등과 같이 간헐성과 변동성이 큰 재생에너지를 이용하여 안정적으로 수소를 생산할 수 있는 ‘부하변동 대응형 수전해 스택’ 개발에 성공했다.

   

천연가스 같은 화석연료에서 추출한 수소는 개질 과정에서 온실가스가 배출되어 일명 ‘그레이(Grey) 수소’로 불린다.


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. 


또 기상 조건 변화로 재생에너지가 수전해 시스템에 부하 대비 0~20% 정도 적게 공급되면 수소와 산소가 섞인 혼합가스가 가연성 한계에 쉽게 도달해 폭발 위험이 있다.


연구진은 이번 연구개발을 통해 간헐성과 변동성이 큰 재생에너지가 공급되더라도 내구성과 효율이 높은 전극과 분리막을 자체 개발했고, 이 스택 기술을 적용해 수전해 시스템을 모듈화하는 데 성공했다.


수전해 분리막은 미세구멍의 정밀제어, 친수성 향상으로 상용제품(Zirfon UTP500, Agfa사) 대비 가스혼합을 3배 이상 억제하면서도 3배 이상 높은 이온전도성을 갖는다. 





또 수전해 전극은 부하변동 운전에 대한 내구성 확보를 위해 전이금속 촉매보다 반응성이 큰 망간 또는 크롬을 첨가해 촉매 수명을 향상시키는 효과를 얻었다.


연구진은 이 기술을 통해 수소생산 효율을 82% 이상까지 끌어올렸으며, 부하변동 시 발생할 수 있는 가스혼입 및 전극 효율 문제를 해결해 더 넓은 출력 범위(5~110%)의 연계 운전이 가능하도록 설계한 것이 특징이다.


부하변동 대응형 수전해 스택기술은 순수 국내 기술로 수소경제 사회 구현을 위한 그린 수소 생산의 길을 앞당겼다는 데 큰 의미가 있다.


또한, 향후 2022년에 예정된 새만금 등 대단위 재생에너지 단지에서 국내 수전해 기술로 대량의 그린 수소 생산을 통해 정부의 수소경제 활성화에 기여하고, 수소산업 관련 전후방 산업 육성에 미치는 파급 효과가 클 것으로 기대된다.


김창희 책임연구원은 “해외 선도국의 수전해 기술과 경쟁하기 위해서는 고성능·고내구 전극과 분리막 등 핵심 부품소재의 기술뿐 아니라, 메가와트급 스택 스케일업 설계 기술이 모두 확보되어야 한다”고 강조했다.


이번 연구는 과기부에서 지원하는 기후변화대응기술개발사업, 수소에너지혁신기술개발사업의 일환으로 2015년부터 약 5년간 진행된 사업으로, 지난 5월 25일 에너지기술연구원 대전 본원에서 ‘부하변동 대응 수전해 스택 설계 기술’로 국내 수요기업과 기술이전 계약을 체결한 바 있다.





배너

배너

배너




배너
배너