물 넣어 1시간에 수소 2㎏를 만들어냈다

에너지기술연구원, 10㎾급 알칼라인 수전해 장치 개발
1000시간 이상 가동해 82% 효율 내면서도 내구성 확인
부품을 층층이 쌓으면 ㎿급 수전해 장치로 확장 가능해

한국에너지기술연구원 수소연구단 김창희 박사팀이 순수 국내 기술을 이용해 개발한 10㎾급 알칼라인 수전해 스택. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 물을 전기분해해 수소를 만드는 장치를 개발했다. 연구진은 수소를 만들어내는 부품 20장을 쌓아 10㎾급 수전해 스택을 만들었다. 이 장치는 수소 생산 효율이 82%로 1시간에 2㎏의 수소를 만들어냈다. 수소 2㎏는 수소차가 서울에서 평창까지 달릴 수 있는 양이다.

한국에너지기술연구원은 수소연구단 김창희 박사팀이 순수 국내 기술을 이용해 10㎾급 알칼라인 수전해 스택을 개발했다고 24일 밝혔다.

이 장치는 핵심 소재와 부품을 전량 자체 개발했으며, 1008시간 동안 가동해안전성과 내구성을 확인됐다. 또한 가동시간 동안 82%의 고효율로 수소를 생산해 세계 최고의 효율을 가졌음을 입증했다.

김창희 박사는 이날 "이번에 개발한 수전해 스택은 부품 쌓는 수를 늘려 100㎾급 이상까지 확장이 가능해 향후 ㎿급 수전해 장치를 만드는 핵심 기술로 활용할 수 있다"고 말했다.

정부가 계획한 '2050 탄소중립'에 따르면 2050년에는 수소에너지 전체의 80% 이상을 수소를 만들때 온실가스 배출이 없는 그린수소로 전환한다. 바람, 태양을 이용해 수소를 만드는 그린수소 생산에 있어서 가장 핵심 기술이 바로 고효율 수전해 스택 기술이다.

수전해 스택이란 물을 전기 분해해 수소를 만드는 핵심 장치다. 전극, 분리막, 분리판, 셀프레임 등의 단위 부품을 여러 장부터 수백 장씩 쌓아서 스택이 만들어진다.

한국에너지기술연구원 수소연구단 김창희 박사팀의 연구진이 10㎾급 알칼라인 수전해 스택의 운전 조건을 확인하고 있다. 에너지기술연구원 제공

연구진은 지난해 태양광, 풍력 등과 같이 변동성이 큰 재생에너지를 이용해 안정적이고 고효율로 수소를 생산할 수 있는 '부하변동 대응형 수전해 스택 설계 기술' 개발했다. 이후 연구진은 소재-부품-장비의 단계로 이어지는 연구 계획을 수립하고, 각 단계마다 검증 과정을 거쳤다.

우선 우수 소재 후보군들을 선정해 약 30㎠ 규모의 소형 단위 셀에서 성능을 평가해 검증했다.

이후 검증된 소재로 약 660㎠ 크기의 면적으로 규모를 키우는 스케일업 과정을 거쳐 단위 부품들을 20장씩 쌓아 마침내 10㎾급 수전해 스택을 완성했다.

연구진은 최종적으로 10㎾급 수전해 스택의 음극과 양극에 각각 알루미늄에 니켈을, 철에 니켈을 도금해 제작했다.

또 수소와 산소의 이동통로인 분리판은 니켈을 도금해 접촉 저항을 줄이고 내부식성을 강화했다.

[e-mail] 김만기 기자