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[과학을 읽다]개미산으로 연료전지차를?…수소 기술 어디까지 왔나

최종수정 2021.05.09 08:50 기사입력 2021.05.09 08:49

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[과학을 읽다]개미산으로 연료전지차를?…수소 기술 어디까지 왔나
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[아시아경제 김봉수 기자] 수소는 기후변화의 주 원인인 화석연료와 달리 온실가스와 미세먼지를 전혀 배출하지 않아 신재생에너지의 핵심 요소로 꼽히고 있습니다. 세계 각국이 내세우고 있는 2050 탄소중립을 이루기 위한 수단으로 수소를 내세우고 있죠.


한국 정부도 지난해 1월 수소법을 제정한 후 한국판 그린뉴딜 정책의 중심 축으로 수소를 내세웠습니다. 문재인 대통령이 지난 6일 울산 현대중공업에서 개최된 그린수소 생산 해상 플랜트 개발 행사에 참석한 것도 이를 독려하기 위한 것이었습니다. 정부는 2040년까지 수소차 620만대 생산, 수소 충전소 1200개소 구축, 발전용 연료전지 15GW 생산 등을 목표로 하고 있습니다.수소를 만들고 저장하고 운반하기 위한 기술의 개발이 정말 중요한 시대입니다. 마침 지난 3일 한국과학기술연구원(KIST)이 현재 개발해 실용화 단계에 들어가 있는 수소 관련 기술들을 언론에 선보였습니다.

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◇ 암모니아, 수소의 보고

암모니아(NH3)를 분해하면 질소와 수소가 나옵니다. 암모니아는 해외에서 한국으로 수소를 들여 올 때 가장 효율적인 운반 수단이 될 수 있습니다. 한국은 일조량, 풍량 등 자연환경적 신재생에너지 생산 수단이 부족해 외국으로부터의 수소 수입이 불가피할 것으로 예상되기 때문에 암모니아에서 수소를 분해하고 저장, 운반하는 기술은 2030년대 이후 활발히 활용될 것으로 예측되고 있습니다.


이에 KIST 연구팀은 고효율 암모니아 수소 추출 촉매를 개발했습니다. 루테늄(Ru) 나노 입자가 란타넘(La)이 도핑된 알루미나(Al2O3) 지지체에 고정된 촉매(Ru/La-Al2O3)입니다. KIST는 섭씨 475도에서 99.7%의 효율을 검증해 지난해 '원익머트리얼즈'에 기술을 이전했고, 이 회사는 현재 하루 500kg의 수소를 생산할 수 있는 시스템을 구축해 안정성 및 최적화 작업에 들어간 상태입니다. 수소충전소를 예로 들면 5kg이 들어가는 수소차량 100대가 쓸 수 있는 분량입니다.


다만 아직까지 암모니아가 수소법상 공식적으로 인정된 수소생산방식이 아니라는 점에 한계가 있습니다만 국회 및 학계, 산업체 등에서 법 개정 등을 추진 중이어서 2030년 이후 상용화되는 데에는 큰 지장이 없을 것이라는 예측입니다.

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◇ 촉매 값을 낮춰라

초미세 귀금속 나노입자 제조 기술도 소개됐습니다. 한 마디로 귀금속의 입자를 고르게 만드는 기술인데요, 백금 등 값 비싼 희귀 금속들이 수소 생산을 위한 촉매로 쓰이는 데, 촉매 금속의 입자가 작고 고를 경우 반응성이 증가해 수소로 전환되는 효율이 훨씬 더 높아진다는 점 때문에 고안됐다고 합니다.


KIST는 자세한 기술적 내용은 소개하지 않았지만 자신들의 공법대로 제조할 경우 촉매로 사용되는 각종 귀금속의 입자를 0.2나노미터(nm)의 고른 크기로 가공할 수 있다고 합니다. 이 기술도 민간업체인 (주)금양에 10억원의 기술료에 이전됐고, 이 회사는 현재 자회사를 설립해 상용화를 추진하고 있습니다.

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◇ 포름산(개미산)으로 연료전지차를


온실가스의 주성분인 이산화탄소(CO2)를 포집해 산업용 원료로 쓸 수 있는 포름산(HCO2H)을 생산하는 기술도 선보였습니다. CO2에 아민 흡수제(NR3)를 섞고 다공성 촉매가 들어 있는 TBR 반응기에 넣으면 포름산이 생산되는 원리입니다. 이 기술은 현재 한국이 세계 최초로 개발해 가장 선두에 서 있으며, 현재 KIST는 하루 10kg 생산을 위한 파일럿 설비가 구축돼 최적화를 위한 시험 운영이 이뤄지고 있습니다. 또 '파텍'이라는 업체에서 기술 이전을 받아 하루 100kg 생산 시설 구축이 추진 중입니다. 개미산이라고 불리는 포름산은 액체수소연료로의 사용이 가능해 포름산연료전지차를 개발할 수 있고, 포름아마이드 및 메틸 포메이드, 포름알데히드 등을 제조할 수 있으며, 염화칼슘을 대체할 수 있는 친환경 칼슘포메이트(흡습제)로도 활용될 수 있다고 합니다. 포름산 1t을 제조하면 1t의 이산화탄소를 줄일 수 있답니다.

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◇'골칫덩어리' 풍력발전기 날, 재활용한다


KIST는 또 갈수록 사용량이 늘어나고 있는 유리섬유ㆍ탄소섬유를 재활용할 수 있는 기술도 이날 소개했습니다. 탄소섬유강화복합재(CFRP)는 자동차, 풍력발전기의 날(블레이드), 항공기 소재 등에 사용되며 갈수록 사용량이 늘어나고 있지만 재활용이 어려워 골칫거리가 되고 있습니다. 특히 신재생에너지로 풍력발전이 각광을 받으면서 2050년에는 전세계 풍력터빈 블레이드의 폐기물만 4300만t이 발생할 것으로 예상됩니다. 현재 국내에서는 재활용 기술이 전무하고 제조공정에서 발생하는 찌꺼기들도 전량 소객 매립 중입니다. 덴마크의 경우 열소각법을 이용해 풍력 블레이드를 재활용하지만 유독가스, 이산화탄소 배출 등 부작용이 있고, 단열제로 재활용되는 곳도 있지만 기술적 어려움과 낮은 경제성으로 인해 신통치 않다고 합니다.


이에 KIST 연구팀은 물을 이용한 화학적 분해법을 개발해 민간 업체 카텍에이치에 기술을 이전, 상업화가 추진되고 있습니다. 섭씨 80~100도 이하의 물에 칼슘과 수소 등을 혼합해 가공하면 95& 이상의 효율로 탄소섬유를 재활용이 가능한 가공 이전 상태로 되돌려 놓을 수 있다고 합니다. 게다가 에너지 소모량도 적어 1kg 당 1500원 정도의 비용으로 경제성도 확보된다고 하네요.


김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr
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