[월간수소경제 박상우 기자] 한국기계연구원(기계연)과 중앙대학교가 전기화학 반응을 이용해 수소를 압축하는 전기화학적 수소압축기 개발에 성공했다.

기계연 탄소중립기계연구소 열에너지솔루션연구실 윤석호 실장, 중앙대 김민성, 김동규 교수 공동 연구팀은 수소로 전기를 만드는 연료전지의 특성을 역으로 활용해 연료전지에 사용되는 분리막에 전류를 가해 수소만을 추출하는 방식으로 수소압축기 개발에 성공했다.

전기화학 반응을 통해 수소가 장치를 통과하는 과정을 반복하면 장치 후단부에 수소가 쌓이면서 압축이 이뤄진다. 연구팀은 수소 압축 시 고압에도 장치가 견딜 수 있도록 장치 내부 구조를 설계하고, 내부 표면처리를 통해 에너지 손실을 방지해 압축 효율을 극대화했다.

수소차에 수소를 충전하기 위해서는 700bar의 압력으로 수소를 압축해야 한다. 이를 위해선 그 이상의 압력으로 수소를 압축한 후 수소를 공급해야 한다. 그런데 수소를 충전하면 충전소 저장탱크의 압력이 떨어지기 때문에 압력을 높이기 위한 대기시간이 필요하다.

또 피스톤 방식을 포함해 여러 물리적 방식을 활용하는 기존 기계식 압축기의 경우 내구성이 불안하고 효율이 낮다. 여기에 압축 과정에서 사용된 윤활유가 섞이는 등 수소가 오염될 수 있으며 소음이 크게 발생해 개선이 필요했다.

반면 수소 정제 및 압축을 동시에 수행하는 전기화학적 압축기를 사용하면 오염 없이 99.99%의 수소를 추출, 고압으로 압축할 수 있다. 또한 압축기를 확장하여 원하는 규모의 수소를 추출･압축할 수 있다.

이 압축기는 부피가 작아 공간이 협소한 곳에서도 사용할 수 있다. 최근 LPG 충전소에 수소충전소를 같이 설치하려는 시도가 있으나, 고압 압축기의 크기 제한으로 어려움을 겪고 있는데, 전기화학적 압축기를 활용하면 공간적 어려움을 해소할 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 공간적 이득뿐 아니라 정숙성도 갖추고 있어 도심에서 수소충전소를 설치하는 데 매우 유리하다. 수소 충전소가 아니더라도 수소 압축이 필요한 곳이라면 어디든 소규모 압축시스템을 구축할 수 있으며, 최근 주목받고 있는 도심형 에너지 제로하우스에도 적용 가능하다.