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| 에너지기술연구원 수소연구실 김창희 박사가 수전해 스택 평가장치를 살펴보고 있다. [한국에너지기술연구원 제공] |
우리나라가 수소경제 선도국으로 도약하기 위해서는 수소ㆍ생산ㆍ저장 활용 등 핵심원천 기술 확보가 핵심이다.
현재 대표적인 수소 제조기술로는 석탄, 석유 및 천연가스와 같은 화석연료로부터 수소를 생산하는 기술과 태양광, 풍력, 광촉매, 바이오 등과 같이 재생에너지원이나 고온 원자력열원을 사용해 물로부터 수소를 생산하는 방법이 있다.
이와 관련 한국에너지기술연구원 수소연구실 김창희 박사 연구팀은 물을 이용해 수소를 대량생산하는 수전해 수소제조 기술 개발에 박차를 가하고 있다.
물을 전기분해를 통해 수소를 제조하는 수전해 기술은 상대적으로 무한한 자원인 물을 이용해 온실가스 등과 같은 공해물질 없이 대량의 수소를 제조할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
연구팀에 따르면 최근 수전해 기술이 주목받고 있는 이유는 재생에너지의 높은 발전 비중으로 인해 초래된 ▷재생에너지의 활용성 극대화 ▷기존 전력망의 안정성 확보 ▷수전해 기술의 경제성 향상 때문으로 풀이된다.
수전해 수소제조 기술은 크게 알칼라인 수전해, 고체고분자전해질 수전해, 고온 수전해 기술로 구분된다. 에너지연구원은 신재생에너지를 통해 고온ㆍ고압의 폐열과 수증기를 재활용할 목적으로 평관형 고체산화물 스택을 이용한 고온 수전해 수소제조 기술을 확보한 상태다.
개발된 평관형 고체산화물 수전해 장치는 평평하고 얇은 튜브형 셀을 이용한 세계 유일의 고온형 수전해 스택으로 850℃ 이상의 고온에서 물로부터 시간당 200L 이상의 수소를 만들어내는 시스템이다.
알칼라인 수전해 기술은 운전 전류밀도가 낮고 부피가 비교적 크다는 단점이 있지만 대용량에 적합하고 가격이 저렴하다는 장점 때문에 미국, 유럽, 일본등의 국가에서 재생에너지 연계기술로 가장 많이 활용하고 있다.
김창희 박사는 “최근 재생에너지를 수전해와 연계하는 연구들을 진행 중에 있고 특히 독일의 경우 2013년부터 19개의 연계 프로젝트를 진행하고 있다”면서 “덴마크에서는 기존 알칼라인 수전해의 단점인 효율 및 운전전류밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 2세대 알칼라인 수전해 기술 개발에 착수해 많은 원천기술들을 확보하고 있다”고 설명했다.
김 박사 연구팀은 지난 2015년부터 ‘차세대 알칼라인 수전해 원천기술개발’ 연구에 착수했다.
이 연구에는 기존 알칼라인 수전해의 가장 큰 단점이었던 낮은 운전 전류밀도를 향상시키고 효율을 크게 개선한 차세대 알칼라인 수전해의 원천기술 개발이 목표다.
김 박사는 “생산효율을 70%까지 높이기 위한 기술개발과 태양광, 풍력 등 재생에너지와 연계한 수전해 수소생산 기술을 확보하는 데 기술역량을 집중해 나갈 계획”이라면서 “수소생산 단가의 경제성 확보를 위해 시스템 내 전극 가격 비중을 낮추는 쪽에도 포커스를 맞추고 있다”고 말했다.
그는 또 “해외 선진국들과의 수전해 기술 관련 격차를 해소하기 위해서는 정부의 지원과 산업체들의 적극적 참여가 시급하다”면서 “알칼리 수전해 기술이 미래 수소생산 기술의 중심이 될 것으로 기대한다”고 전했다.
구본혁 기자/nbgkoo@
