[월간수소경제 박상우 기자] 일본 도레이가 혼합가스에서 수소만 선택적으로 분리하는 고분자 분리막을 모듈화하는 데 성공했다.

도레이는 지난 19일 화학 원소가 함유된 혼합가스에서 수소를 선택적이고 효율적으로 투과시킬 수 있는 고분자 분리막 모듈을 개발했다고 밝혔다. 

이 모듈은 도레이가 지난 2018년에 개발한 고분자 분리막을 기반으로 제작됐다. 도레이는 해당 분리막이 수소분자만 투과할 수 있도록 막의 구멍 지름을 수소분자의 지름(0.29nm)보다는 크고 불필요한 가스분자의 지름(0.33nm)보다는 작게 조정했다.

또 이 분리막은 수소가스와 여타 불필요한 가스를 나누는 분리기능층과 분리한 수소가 통과하는 다공질기재로 구성된다. 

다공질기재는 온도 200℃, 압력 4MPa에 이르는 환경에서도 버틸 수 있도록 내열성과 내압성을 향상시켰다. 따라서 고온에서 사용하더라도 구멍이 막히지 않아 가스의 투과성이 유지된다. 

최근에는 역삼투막으로 배양한 기술을 활용해 수소수용성이 높은 소재를 배치해 기공 구조가 고도로 제어된 분리막을 개발했다.

해당 분리막은 일반 모듈에 필요한 여러 개 대신 한 번의 분리로 투과수소 순도를 높일 수 있고 초기 투자비용을 절감할 수 있다. 여기에 에너지 소비를 줄이고 기존 분리막 모듈의 이산화탄소 배출량을 50% 이상 줄일 수 있다.

도레이는 이 분리막을 모듈화하는 데 성공했다. 도레이는 흐름 저항을 줄이기 위해 주요 구성 요소의 채널 재료를 최적으로 설계했다. 이를 통해 분리막은 기존의 분리막 모듈의 두 배 면적을 갖는다.

이는 모듈의 수소 투과성을 개선하고 수소 정화 과정에 필요한 모듈 요소의 수를 절반 이상 증가시킨다. 여기에 도레이가 개발한 분리막을 결합하면 모듈 요소의 수를 75% 이상 줄일 수 있고 높은 공간 절약 효과를 볼 수 있다.

도레이는 해당 기술로 일본 및 해외 엔지니어링 업체들과 협력하는 한편 수처리부터 대량생산 기술 확립까지 공정 기술을 활용할 예정이다.