물로 수소 만드는 시스템의 최적 운전조건 찾았다

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 알카라인 수전해 방식 시스템을 어떻게 하면 안정적이면서도 많은 수소를 생산해 낼 수 있는지 최적의 운전조건을 찾아내는 연구결과를 발표했다. 연구진은 전극과 촉매 재료를 개발하기 위한 연구뿐만 아니라 시스템 운전의 최적화 조건을 찾아내 물에서 수소를 생산해내는 단가를 낮추는데 도움이 될 것 이라고 전망했다.

광주과학기술원(GIST)은 기계공학부 강상규 교수팀이 그린수소 생산을 위한 알카라인 수전해 시스템에 대한 압력의 영향을 분석해 발표했다고 8일 밝혔다.

연구진은 한국에너지기술연구원에서 진행된 스택 운전 실험 데이터를 이용해 검증했다. 그 결과 알카라인 수전해 시스템의 운전효율이 후처리 공정 장치 소모동력 감소의 영향으로 약 10bar 압력까지는 크게 상승했다.

하지만 이후 100bar 압력까지 천천히 감소했으며, 압력상승에 따른 발생 수소 순도 향상 효과가 20bar 이후에는 미미하게 나타났다.

강상규 교수는 "이번 연구를 통해 친환경에너지를 활용해 안정적인 고효율의 그린수소 생산의 가능성을 확인했으며, 향후 수소경제 활성화와 수소산업 육성에 기여하기를 기대한다"고 말했다.

알칼라인 수전해 방식은 물에서 수소를 생산하는 방식으로 대형화와 저렴한 설비비용, 충분한 운전수명 등의 장점을 갖고 있다. 하지만 천연가스 개질 등 기존의 수소생산 공정에 비해 비싼 생산 단가가 장애물로 작용하고 있다.

수전해 수소의 생산 단가를 낮추기 위해 전극과 촉매 재료 등 소재연구와 더불어 시스템 운전 최적화 연구가 필요하지만 소재 개발에 비해 운전 최적화 연구는 부족한 실정이며 그마저도 실험 기반의 연구에 집중돼 있다.

연구진은 그린수소를 생산할 수 있는 기술 중 하나인 알카라인 수전해 시스템의 운전 성능에 대해 연구를 진행했다. 특히 시스템 운전 성능에 미치는 압력의 영향을 예측할 수 있는 수치해석 모델을 개발했다.

연구진은 수치해석 기반의 알칼라인 수전해 스택 모델을 개발해 작동 변수에 따른 스택의 운전성능 변화를 파악했다. 또 스택 외에도 수소 생산설비를 구성하는 후처리 공정 장치들의 소모동력 변화를 종합적으로 분석해 최적의 수소 생산효율을 갖는 운전조건을 찾아냈다.

이번 연구결과는 화학공학 분야의 세계적 학술지인 '어플라이드 에너지(Applied Energy)'에 지난 2월 7일 온라인으로 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자