에기연, 재생에너지 이용 그린수소 생산기술 국산화
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에기연, 재생에너지 이용 그린수소 생산기술 국산화
  • 박지혜 기자
  • 승인 2020.06.19 17:40
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고효율 수전해 스택 핵심소재 및 구조 설계 기술 확보
그린수소 대량 생산 통해 수소경제 활성화에 기여
에기연이 개발한 부하변동 대응형 수전해 스택.

에기연이 개발한 부하변동 대응형 수전해 스택.

국내 연구진이 재생에너지와 연계해 수전해 방식으로 수소를 생산하는 핵심기술 개발에 성공했다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 수소연구단 김창희 박사 연구진이 태양광, 풍력 등과 같이 간헐성과 변동성이 큰 재생에너지를 이용해 안정적이며 고효율로 수소를 생산할 수 있는 ‘부하변동 대응형 수전해 스택’을 개발했다고 지난 17일 밝혔다.

수전해 기술은 물을 전기 분해해 수소를 얻는 기술로 고순도(99.999%)의 수소를 친환경적인 방법으로 생산할 수 있는 장점이 있지만 전력비용이 많이 드는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 재생에너지를 활용해 수소를 생산할 수 있지만 불안정한 전력 부하로 인해 수전해 시스템 성능이 급격히 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 폭발위험도 있다.

연구진은 이번 연구개발을 통해 간헐성과 변동성이 큰 재생에너지를 공급하더라도 내구성과 효율이 높은 전극과 분리막을 자체 개발했고 이 스택기술을 통해 수전해 시스템을 모듈화 하는데 성공했다.

수전해 분리막은 미세구멍의 정밀제어 및 친수성을 향상시켜 상용제품(Zirfon UTP500, Agfa사) 대비 가스혼합은 3배 이상 억제하면서도 3배 이상 높은 이온전도성을 갖는다. 수전해 전극은 부하변동 운전에 대한 내구성 확보를 위해 전이금속 촉매보다 반응성이 큰 망간 또는 크롬을 첨가해 촉매 수명을 높였다.

연구진은 이 기술을 통해 수소생산 효율을 82% 이상까지 끌어올렸으며, 부하변동 시 발생할 수 있는 가스혼입 및 전극 효율 문제를 해결해 보다 넓은 출력범위(5~110%)의 연계 운전이 가능하도록 설계했다.

부하변동 대응형 수전해 스택기술은 순수 국내 기술로 수소경제 사회 구현을 위한 그린수소생산의 길을 앞당겼다는 것에 큰 의미가 있다. 또 향후 2022년에 예정된 새만금 등 대단위 재생에너지 단지에서 국내 수전해 기술로 대량의 그린수소 생산을 통해 정부의 수소경제 활성화 정책과 수소산업 관련 전·후방산업 육성 및 확대에 기여할 것으로 기대된다.

연구책임자인 김창희 박사는 “부하변동 대응형 수전해 기술 개발을 통해 우리나라가 진정한 수소경제로 정착하는데 매우 중요한 역할을 하게 될 것으로 전망한다”며 “해외 선도국의 수전해 기술과 경쟁하기 위해 고성능·고내구 전극과 분리막 등 핵심 부품소재 요소기술과 MW급 스택 스케일 업 설계 기술을 모두 확보해야 한다”고 강조했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 기후변화대응기술개발사업, 수소에너지혁신기술개발사업의 일환으로 2015년부터 약 5년간 진행되고 있다. 애기연은 지난달 25일 대전 본원에서 국내 수요기업과 ‘부하변동 대응 수전해 스택 설계 기술’ 이전 계약을 체결했다.


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