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韓 수소 생산 기술, 獨·日 등 선진국 따라 잡았다

최종수정 2021.06.24 14:50 기사입력 2021.06.24 14:50

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한국에너지기술연구원, 전압 불안정한 신재생에너지로 80%대 고효율 그린수소 생산 기술 개발

한국에너지기술연구원 연구진이 개발한 10kW 알칼라인 수전해 스택 앞에서 스택에 사용 된 전극과 분리막을 들고 있다. 사진제공=한국에너지기술연구원.

한국에너지기술연구원 연구진이 개발한 10kW 알칼라인 수전해 스택 앞에서 스택에 사용 된 전극과 분리막을 들고 있다. 사진제공=한국에너지기술연구원.

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[아시아경제 김봉수 기자] 수소 저장 및 활용 기술에 비해 생산 기술이 떨어진다는 평가를 받아 온 한국. 마침내 국내 연구진이 풍력, 태양광 등 부하 변동이 심한 신재생에너지를 사용하면서도 안정적으로 고효율을 유지하는 친환경 그린 수소 생산 기술을 개발해 선진 기술 수준을 따라 잡았다는 평가다.


한국에너지기술연구원은 김창희 수소연구단 박사 연구팀이 물을 전기분해해 최대 84%(고위발열량 기준)의 효율로 시간당 2㎚3의 그린 수소를 생산할 수 있는 ‘10kw급 알칼라인 수전해 스택’을 자체 개발했다고 24일 밝혔다. 수전해 스택이란 공급된 물이 분해되어 실제로 수소가 생산되는 핵심 장치다. 전극, 분리막, 분리판, 셀프레임 등의 단위 부품을 필요 출력에 따라 여러 장부터 수백 장씩 쌓아서 만든다.

연구팀은 앞서 지난해 바람의 세기나 태양광의 크기에 따라 부하 변동이 심한 신재생에너지의 특성에도 수소를 안정적으로 고효율로 생산해 낼 수 있는 '부하변동 대응형 수전해 스택 설계 기술'을 개발한 바 있다.


연구팀은 이번 연구에선 스택의 핵심 소재와 부품을 자체 개발, 10kW급 수소 생산장치를 직접 제작했다. 특히 1008시간을 직접 운전하면서 100여회 이상 전기를 차단했다가 다시 키는 등 발전량의 변동이 심한 신재생에너지의 특성을 감안해 안정성·효율을 테스트했다.


이 결과 연구팀은 잦은 전압 변동에도 불구하고 고장없이 작동하고, 특히 82%의 생산 효율을 유지해 성능과 내구성을 검증하는데 성공했다. 연구팀이 기록한 82%의 효율은 그린 수소 생산 분야에 취약한 한국의 기술력을 단번에 독일, 일본, 미국 등 해외의 기술 선도국 수준으로 도약시킨 셈이다. 이들 국가들은 약 20년전부터 관련 기술 개발을 통해 약 80%의 MW급 수전해 스택 및 소재·부품 기술들을 보유하고 있다.

그러나 여태까지 국내에서 개발된 그린수소 생산 기술의 효율은 70% 이하에 그치고 있어 큰 격차를 보이고 있었다. 연구팀은 10kW급 수전해 스택의 음극, 양극으로 수소발생반응과 산소발생반응에 효과적인 Ni-Al과 Ni-Fe 계열의 다공성 전극을 각각 제작 및 적용했다. 수소와 산소의 이동통로인 분리판은 니켈을 도금해 접촉 저항을 줄이고 내부식성을 강화했다. 누설 전류를 줄이고 스택 내 전해질의 흐름을 원활하게 하는 유로 형상을 개발해 스택 내 셀 프레임에 적용해 각각의 소재·부품 기술이 원활하게 연계된 고효율 수전해 스택을 개발할 수 있었다.


김창희 단장은 "현재 개발된 10kW급 알칼라인 수전해 스택은 적층 수를 늘려 100kW급까지 확장이 가능한 형태로 설계되었기 때문에 MW급 수전해 스택 개발을 위한 핵심 기술로 활용이 가능하다"면서 "해외 선도 기업에 의해 국내 수전해 시장이 잠식되지 않으려면 현재 기술 개발에 만족하지 않고 국내 수요 기업과의 상보적 협력을 통한 국내 수전해 기술의 조기 상용화가 꼭 필요하다"고 말했다.


김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr
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