[가스신문 = 양인범 기자]  “전기화학적 수소 압축기는 구동부가 없기에 기존 압축기보다 부피를 줄이면서, 소음도 줄어들어 충전소 사용에 편리합니다.”

윤석호 박사는 한국기계연구원에서 15년 이상 열에너지 관련 연구를 수행하고 있는 열에너지솔루션연구실 실장으로 초고효율 차세대 열교환기 등의 열기기, 탄소중립 열에너지 공급의 핵심인 히트펌프, 열에너지 저장 및 변환 등의 열공정 개발 관련 연구를 하고 있다. 그는 얼마전 중앙대와의 공동 연구를 통해 전기화학 반응을 이용해 수소를 압축하는 수소압축기 개발에 성공했다.

“전통적인 기계식 압축기는 피스톤이나 다이어프램 등을 이용하여 부피를 작게 줄이면서 압력을 올리게 됩니다. 이 과정에서 전동기와 구동부가 필요하고 경우에 따라 윤활유가 필요하기도 합니다. 전기화학적 압축기는 이와 전혀 다른 원리로 압축을 하는데 연료전지를 생각하시면 전해질 막을 사이에 두고 수소와 산소를 공급해 화학반응으로 전기가 생산되는 원리를 가지고 있는데, 이 때 수소양이온이 전해질막을 통과해 산소와 만나 물을 생성하게 됩니다. 이 원리를 역으로 이용해 전기를 생산하는 것이 아니라 공급하여 수소분자를 이온화한 후 전해질막을 한 방향으로 통과시키면 반대편에 모인 수소기체가 압축되는 원리입니다.”

윤석호 박사팀이 개발한 수소압축기는 기존 기계식 제품 대비 부피가 작고, 소음도 적다.

“이 압축기의 가장 큰 장점은 구동부가 없다는 점과 효율이 높다는 점입니다. 구동부가 없어서 얻는 장점은 수명이 길고 소음이 적은 것입니다. 기존 압축기는 대부분 전동기와 압축부가 축으로 연결된 회전기기로 금속부의 마찰로 인한 소음진동이 심하고 연결부의 누설이 발생할 수 있습니다. 구동부가 없다는 것은 장기간 사용에 따른 누설 위험을 현저히 낮출 수 있습니다. 크기 또한 기계식 압축기와 비교하면 압축부만 있고 전동기와 축에 해당하는 부분이 없기에 기기 부피가 감소할 수 있고 동일 공간에 더 많은 압축용량을 설치할 수 있으므로 충전시간을 단축할 수 있을 것입니다.”

전기화학적 수소압축기는 설치공간이 작고 소음이 적어 도심형 수소충전소에 유리하다. 알키미스트 프로젝트는 멤버십기업들과의 협업을 필수로 한다. 현재 참여를 논의중인 기업들은 전기화학적 압축기 제조에 관심을 가지는 기업도 있고 개발된 전기화학적 압축기를 응용하여 적용하려는 기업들도 있어, 그는 이들의 피드백도 함께 고려하고 있다는 윤 박사는 알키미스트 프로젝트를 수행하며, 이 압축기의 상용화도 연구하고 있다.

“전기화학적 압축기를 수소뿐만 아니라 다른 기체의 압축에도 적용하는 연구를 하고 있는데, 성공하면 건물 냉난방 설비에도 적용 가능한 고효율 저소음 압축기로 사용할 수 있습니다.”

그는 기계연구원 탄소중립기계연구소에서 액체수소 플랜트 국산화를 비롯해 수소사회를 앞당기기 위한 다양한 수소관련 연구과제를 수행하고 있다.

“열에너지솔루션연구실에서는 수소 및 암모니아용 고효율 열교환기 개발과 수소-탄소 연료변환 공정 개발 등을 수행하고 있으며, 상용화를 위해 지속적으로 연구를 이어나갈 계획입니다.”

윤석호 박사는 수소경제 활성화를 위해서 관련 소재 및 부품의 국산화 및 가격경쟁력 확보가 중요하다고 설명했다.

“네덜란드는 전기화학적 수소압축기가 이미 상용화되어 있습니다. 기계연구원도 산업계 및 대학과 협력해 가스 공급망 관련 기계부품 기술 확보에 더욱 매진할 것입니다.”