세계 최고 수소 분리막 개발… GS건설에 기술 이전

에너지기술연구원, 수전해장치 분리막·평가 기술 개발
해외 상용화된 제품보다 수소 생산 밀도 3배 이상 향상
30㎾급 수전해장치로 검증중… 2025년까지 ㎿급 개발

한국에너지기술연구원 수소연구단 조현석 박사팀이 개발한 30㎾급 알칼라인 수전해장치. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 수소연구단 조현석 박사팀이 전기로 물에서 수소를 뽑아내는 수전해장치의 분리막을 세계 최고 수준의 고성능, 고안정성으로 개발했다. 이 분리막은 음극에서 양극으로 이온을 잘 넘겨주면서도 수소와 산소 가스가 섞이지 않게 해주는 부품이다. 연구진인 개발한 분리막은 해외 상용제품보다 수소 생산 밀도가 3배 이상 향상됐으며, 만들어진 가스가 섞이지 않게 해 폭발 위험까지 낮췄다.

에너지기술연구원은 연구진이 개발한 알칼라인 수전해 분리막과 수전해장치 평가 기술을 GS건설에 기술이전했다고 4일 밝혔다. 조현석 박사는 "이번에 개발한 분리막 기술은 수전해 기술의 상용화와 경쟁력 확보를 위해 국산화 한 것"이며 "수전해 성능 평가 플랫폼 기술은 기술적 지원을 더해 수요기업의 그린 수소 생산 시스템 구축을 촉진하는 계기가 될 것"이라고 말했다.

현재 연구진은 수전해 분리막 면적을 900㎠으로 키워 30㎾급 알칼라인 수전해 스택에 적용해 평가 플랫폼에서 검증하고 있다. 또 수요 기업과 연계해 2025년까지 ㎿급 상용 수전해 장치를 위한 ㎡ 면적의 스케일-업 기술 개발도 진행 중이다.

한국에너지기술연구원 수소연구단 조현석 박사팀이 개발한 수전해장치의 분리막은 음극에서 양극으로 이온을 잘 넘겨주면서 수소와 산소 가스가 섞이지 않게 해주는 부품이다. 에너지기술연구원 제공

알칼라인 수전해 기술은 알칼라인 용액의 물을 분해해 수소를 만든다. 다른 기술보다 저가의 부품을 사용하고 내구성이 좋아 대용량 장치를 만들기에 적합하다. 하지만 기존에 만들어진 분리막은 세라믹 입자 분포가 불균일하고, 물과 가스는 차단하면서 이온만 통과시키는 미세한 구멍이 촘촘하지 않아 이온이 넘어가는 속도가 느리고 수소와 산소를 완전하게 차단할 수 없다.

연구진이 개발한 분리막은 40나노미터 크기의 미세한 구멍이 촘촘하게 만들어져 있으며, 이 구멍 주변에 물과 잘 섞이는 세라믹 입자들을 조밀하고 균일하게 분포돼 있다. 그결과 수소와 산소가 섞이는 것을 막으면서 이온이 잘 통과했다.

현재 만들어져 있는 수전해장치는 0.4A/㎠ 이하의 전류밀도에서 고위발열량 기준 80% 미만의 효율을 보인다. 새로 개발한 분리막으로 만든 수전해장치는 전류밀도를 3배 높인 1.2A/㎠ 이상에서도 80% 이상의 높은 효율로 수소를 만들어냈다.

조현석 박사는 "수전해장치의 전기를 태양광이나 풍력 등의 재생에너지를 사용하면 전 과정에서 이산화탄소가 배출되지 않으면서 친환경적인 그린 수소를 생산할 수 있다"고 설명했다.

[e-mail] 김만기 기자