에기연, 고효율 수전해 스택 핵심소재ㆍ구조 설계 기술 확보
재생에너지와 연계해 수전해 방식으로 수소를 생산하는 핵심기술 개발에 성공했다.
22일 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 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.