[가스신문=최인영 기자] 태양광, 풍력 등 재생에너지와 연계해 수전해 방식으로 수소를 생산하는 핵심기술을 국내 연구진이 개발했다. 이산화탄소를 배출하지 않는 그린수소로의 패러다임 전환에 기여할 것으로 예상된다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남) 수소연구단 김창희 박사 연구진은 태양광과 풍력처럼 에너지원 확보에 변동성이 큰 재생에너지를 이용하면서도 안정적으로 수소를 생산할 수 있는 ‘부하변동 대응형 수전해’ 스택을 개발했다고 17일 밝혔다.

연구진은 간헐적이고 변동폭도 큰 재생에너지를 공급하더라도 자체 개발한 스택으로 수전해 시스템을 모듈화하는데 성공했다. 전극과 분리막의 내구성과 효율을 높인 것이다.

수전해 분리막은 미세구멍의 정밀제어 성능과 친수성을 높여 현재 상용제품(Agfa社 Zirfon UTP500) 대비 가스혼합을 3배 이상 억제하면서도 이온전도성은 3배 넘게 높인 분리막 합성기술이다. 수전해 전극은 부하변동 운전의 내구성 확보를 위해 전이금속 촉매보다 반응성이 큰 망간이나 크롬을 첨가해 수명을 향상시켰다.

이 기술은 수소생산 효율을 82% 이상 높일뿐 아니라 부하변동 시 발생할 수 있는 가스혼입, 전극효율 등의 문제를 해결해 보다 넓은 출력범위(5~110%)의 연계운전을 가능케 한다.

연구진은 부하변동 대응형 수전해 스택기술 개발을 계기로 오는 2022년 예정된 새만금 등 대단위 재생에너지 단지에서 국내 수전해 기술로 대량의 그린수소를 생산함으로써 정부의 수소경제 활성화 정책과 수소산업 관련 전·후방 산업 육성·확대에 기여할 것으로 기대하고 있다.

수전해 기술은 물을 전기분해해 수소를 얻는 기술로 수소를 친환경적인 방법으로 얻을 수 있지만 전력비용이 많이 드는 단점이 있다. 이를 대체하기 위해 재생에너지로 수소를 생산할 경우 불안정한 전력 부하로 인해 수전해 시스템의 성능이 급격히 떨어지게 된다. 또 기상조건 변화로 인해 재생에너지가 수전해 시스템에 부하 대비 0~20% 정도로 적게 공급될 경우 수소와 산소가 섞인 혼합가스가 가연성 한계에 쉽게 도달해 폭발위험도 높아지게 된다.

이번에 개발된 수전해 스택기술은 순수 국내 기술로 수소경제 구현을 위한 그린수소 생산의 길을 앞당겼다는데 큰 의미를 지닌다.

연구책임자인 김창희 책임연구원은 “부하변동 대응형 수전해 기술 개발이 진정한 수소경제로 나아가는데 매우 중요한 역할을 할 것으로 전망한다”면서 “해외 수전해 기술과 경쟁하기 위해서는 고성능·고내구 전극·분리막 등 핵심 부품소재 요소기술과 ㎿급 스택 스케일업 설계 기술을 모두 확보해야 할 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 기후변화 대응 기술개발 사업 및 수소에너지 혁신기술 개발사업의 일환으로 지난 2015년부터 추진돼 오고 있다. 지난달 25일에는 한국에너지기술연구원 대전 본원에서 부하변동 대응 수전해 스택 설계 기술을 국내 수요기업 테크윈에 이전하는 계약을 체결했다.