[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구단이 그린수소 1㎏ 생산 비용을 1달러까지 낮출 시기를 앞당길 기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 이 기술로 재생에너지로 물에서 수소를 뽑아내는 수전해 장치의 핵심 소재인 이리듐을 현재 사용하는 것보다 단 5%만 사용하고도 1.5배 많은 수소를 생산해냈다. 또한 내구성도 8배 이상 뛰어나 이 기술을 적용하면 대형 수전해 설비 구축 가격을 낮추는 데 기여할 것으로 보인다.조 바이든 대통령이 지난 2022년 8월 발표한 인플레이션 감축법 (IRA)은 탄소배출을 줄이는 청정에너지 기술을 지원하고 있다. 이중 재생에너지를 사용해 생산하는 수소가 대표적이다. 미국 에너지부에서는 이를 뒷받침하기 위해 2030년까지 수소 1㎏ 생산비용을 1달러로 낮추겠다는 '수소 1달러 프로젝트'를 추진중이다. 현재 그린수소 생산단가가 주요선진국은 3~10 달러이며, 우리나라는 10달러 수준이다. 수전해장치의 고분자 전해질막에 사용하는 고가의 이리듐이 생산단가를 낮추지 못하는 요인중 하나다. KIST 김명근·유성종 박사팀이 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 대폭 줄인 촉매를 개발했다. 이리듐을 붙잡고 있는 탄소 지지체는 기존의 경우 수전해 반응때 사용하는 전압인 1.6~2.0 V에서 쉽게 구조가 손상되거나 부서질 수 있어 안정적인 지지체 개발이 중요한 과제였다. 연구진은 이를 해결하기 위해 물과의 상호작용이 적은 소수성 탄소를 지지체로 만들었다. 그 결과, 이리듐 사용량을 줄이면서도 부식 반응을 막았다. 또한, 촉매 내구성을 향상시키기 위해 탄소 지지체 위에 셀레늄을 도입했다. 셀레늄이 얇은 수산화물 층으로 이리듐을 코팅해줌으로써 수전해 반응 중 쉽게 변하거나 떨어져 나가는 것을 막았다. 연구진은 이리듐이 1㎠당 1~2㎎ 들어간 촉매와 1㎠당 0.05㎎을 사용한 새 촉매를 상용화된 수전해 장치에 적용해 테스트했다. 그결과 새 촉매가 이리듐을 적게 사용했음에도 수소를 1.5배 더 생산해냈다. 또한 370시간 동안 장치를 가동해도 성능이 떨어지지 않아 기존 것보다 8배 이상 높은 내구성을 보였다. 김명근 박사는 "저이리듐 촉매를 만들기 위한 지지체 개발과 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다"며, "대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것"이라고 말했다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 촉매를 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 표지논문(Front Cover)으로 발표했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 수소융복합소재연구실 김선동 박사팀이 고온에서 수증기를 전기분해해 1시간만에 청정수소를 생산하는 수전해장치를 개발했다. 특히 고온수전해 스택은 에너지기술연구원이 자체적으로 설계했으며, 스택 제작에 필요한 밀봉재, 금속분리판 등의 주요 부품은 모두 국내 소재와 설계·제조 기술로 만들었다. 11월 30일 에너지기술연구원에 따르면, 이 고온수전해 스택은 수증기 분해에 최적으로 설계돼 해외 기술에 비해 낮은 작동 온도로도 높은 수소 생산효율을 가지고 있다. 차세대 수전해 기술로 꼽히는 고온수전해 기술은 수증기를 전기분해하는 방식이다. 850도에 이르는 고온의 수증기를 활용하기 때문에 저온보다 상대적으로 적은 양의 전기를 사용할 수 있다. 즉, 높은 효율을 통해 대용량의 수소를 생산하는데 적합한 기술이다. 연구진은 고온수전해의 연료인 수증기가 고체산화물 연료전지의 연료인 수소와 매우 큰 유동 특성 차이를 가진다는 점에 주목했다. 현재까지 대부분의 고온수전해 스택 기술은 유사 기술인 고체산화물 연료전지(SOFC)의 설계를 그대로 도입해 제작되고 있다. 하지만 연구진이 개발한 고온수전해 스택은 초기 설계 단계부터 수증기 전기분해에 최적화될 수 있도록 설계했다. 수증기는 수소보다 부피가 크고 점성이 낮아 스택 내부에서 수증기가 잘 흐르지 못하면 셀의 촉매 층에 고르게 퍼지지 못해 효율이 떨어진다. 연구진은 수증기 유동 특성에 최적화된 분리판을 설계해 뛰어난 성능을 확보하는데 성공했다. 이 고온수전해 전용 스택은 대용량 수소 생산에 적합한 형태의 전극 지지형 셀을 적용했다. 연구진은 "이는 해외 기술 대비 100~200도 낮은 650~750도에서 작동해 소모 전력은 줄이면서도 수소 생산 효율은 우위에 있다"고 설명했다. 스택이 750도의 온도에서 작동할 경우, 하나의 셀로부터 저위발열양 기준 100%에 달하는 전기 효율로 시간당 약 32L 의 수소 생산이 가능하다. 일반적으로 스택은 30개의 셀로 구성되는데, 이 경우 시간당 약 1000L의 수소를 생산할 수 있다. 김선동 박사는 "저렴한 그린수소 대량생산을 위한 고온수전해 기술 상용화가 곧 현실이 될 것"이라며, "이번 성과는 우리나라의 고온수전해 기술을 강화하는 중요한 출발점"이라고 강조했다. 한편, 고온수전해 스택 개발사업은 에너지기술연구원이 총괄 주관기관으로 국내 9개의 산·학·연이 참여하고 있으며, 고온수전해 기술의 선도국과의 격차를 줄이기 위해 기술의 국산화, 기술경쟁력 강화를 목표로 하고 있다.    monarch@fnnews.com 김만기 기자

【 도쿄=김경민 특파원】 일본 정부는 차세대 탈탄소 연료로 유력한 수소 공급을 늘리기 위한 기본전략을 개정했다고 니혼게이자이신문이 7일 보도했다. 해당 보도에 따르면 일본 정부는 향후 15년간 민관이 합쳐 15조엔을 투입, 공급망(서플라이 체인)을 구축하기로 했다. 수소는 태워도 이산화탄소를 배출하지 않는 것이 장점이다. 반면 기존 연료인 액화천연가스(LNG)보다 가격이 4배가량 비싸 보급이 이뤄지지 않고 있다. 일본 정부는 수소 제조와 이용에 필요한 설비와 제도를 갖춰 기존 연료의 가격 수준까지 내릴 방침이다. 이번에 개정한 수소기본전략에 따라 물을 전기 분해해 수소를 만드는 수전해장치를 2030년까지 일본 기업에서 15기가와트 정도 도입한다. 일본 정부는 점점 수소 공급량을 늘려 상용화를 전망하는 2030년까지 수소의 가격을 현재의 3분의 1 정도까지 내려 보급을 뒷받침할 계획이다. 현재 1㎥(0℃, 1기압에서 1㎡ 부피)당 100엔인 가격을 2030년 30엔, 2050년 20엔까지 낮춘다는 게 일본 정부의 목표다. 환경 부담이 낮은 수소와 암모니아 보급을 궤도에 올리기 위해 정부는 차세대 에너지 가격을 LNG나 석탄 같은 기존 연료 수준으로 낮출 수 있도록 공급사에 차액 보조금 지급도 검토하기로 했다. km@fnnews.com

【도쿄=김경민 특파원】 일본 정부는 차세대 탈탄소 연료로 유력한 수소 공급을 늘리기 위한 기본전략을 개정했다고 니혼게이자이신문이 7일 보도했다.  해당 보도에 따르면 일본 정부는 향후 15년간 민관이 합쳐 15조엔을 투입, 공급망(서플라이 체인)을 구축하기로 했다.  수소는 태워도 이산화탄소를 배출하지 않는 것이 장점이다. 반면 기존 연료인 액화천연가스(LNG)보다 가격이 4배가량 비싸 보급이 이뤄지지 않고 있다.  일본 정부는 수소 제조와 이용에 필요한 설비와 제도를 갖춰 기존 연료의 가격 수준까지 내릴 방침이다.  이번에 개정한 수소기본전략에 따라 물을 전기 분해해 수소를 만드는 수전해장치를 2030년까지 일본 기업에서 15기가와트 정도 도입한다.  일본 정부는 점점 수소 공급량을 늘려 상용화를 전망하는 2030년까지 수소의 가격을 현재의 3분의 1 정도까지 내려 보급을 뒷받침할 계획이다. 현재 1㎥(0℃, 1기압에서 1㎡ 부피)당 100엔인 가격을 2030년 30엔, 2050년 20엔까지 낮춘다는 게 일본 정부의 목표다.  환경 부담이 낮은 수소와 암모니아 보급을 궤도에 올리기 위해 정부는 차세대 에너지 가격을 LNG나 석탄 같은 기존 연료 수준으로 낮출 수 있도록 공급사에 차액 보조금 지급도 검토하기로 했다. km@fnnews.com 김경민 기자

[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. 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.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 박혜성 교수팀이 물을 전기분해해 수소를 만드는 장치의 효율을 끌어올리는 양극소재 제조기술을 개발했다. 페로브스카이트로 수전해장치 부품을 만들면 이리듐, 루테늄 등 귀금속이 아닌 소재를 사용해 재료비용을 낮출 수 있다. 박혜성 교수는 수전해장치의 양극에 사용할 페로브스카이트 산화물을 칼코겐 화합물 위에 합성하는 기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 이렇게 만든 양극 소재는 1㎠당 10㎃에서 210㎷의 전기를 사용해 산소를 만들어냈다. 연구진은 "이는 기존의 소재 성능을 뛰어넘는 것"이라고 설명했다. 수전해장치는 물을 전기분해로 수소를 만드는 장치로 음극에서 수소가, 양극에서 산소가 나온다. 양극과 음극 중 한쪽이라도 성능이 떨어지면 그에 맞춰 물 분해 속도와 전기사용량이 정해진다. 지금까지 수소가 만들어지는 음극소재는 좋은 재료가 개발됐지만, 산소가 나오는 양극은 아직도 성능과 비용 등이 뛰어난 소재를 찾기위해 노력중이다. 연구진은 귀금속을 대체할 양극 소재로 페로브스카이트 산화물에 집중했다. 페로브스카이트 산화물은 구성 원소와 전자 구조의 품질을 높이기 쉬운 것으로 알려졌다. 하지만 귀금속 촉매 대비 산소발생 효율이 낮다. 통상적으로 촉매의 표면 결정 구조와 전자 구조는 물로부터 수소와 산소를 생산하는 반응과정에서 생성되는 중간 생성물과의 흡·탈착 반응과 직결되는 특성이다. 따라서 이를 제어하는 기술이 매우 중요하다. 연구진은 촉매의 표면이 물과 최대한 많이 접촉하는 구조를 만들어 내기 위한 합성법을 찾아냈다. 반응성이 높은 페로브스카이트의 결정 구조와 유사한 원자 간격을 가지고 있으며, 전자를 끌어당기는 힘이 강한 이차원 소재를 성장기판으로 활용하는 것이다. 이차원 소재 위에 직성장을 통해 합성된 페로브스카이트 산소 발생 촉매는 귀금속 촉매인 이리듐 산화물보다 훨씬 낮은 활성화 에너지를 필요로 하며 뛰어난 산소 발생 효율을 보였다. 이번 소재 개발에 참여한 김웅수 박사과정생은 "촉매의 효율 향상을 위한 핵심 요소를 제어하기 위한 성장기판의 특성을 밝히고 이를 촉매 물질 설계에 적용해 고성능 촉매를 개발할 수 있었다"고 말했다. 또한 박혜성 교수는 "이 합성법은 수전해 촉매 뿐만아니라 다양한 촉매 합성에 응용 가능하다는 점에 있어 의미가 있다"고 설명했다. 한편, 박혜성 교수팀은 동국대 융합에너지신소재공학과 한영규 교수팀과 공동연구로 개발한 이 소재를 저명한 국제학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 발표했다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 유럽연합(EU)이 발표한 핵심원자재법(CRMA)과 탄소중립산업법(NZAI)이 한국 기업에겐 공급망 다변화의 계기로 작용할 수 있다는 분석이 나왔다. 이에 따라 기업의 연구개발(R&D)에 대한 세액공제 확대 등 정부의 적극적인 지원이 필요하다는 지적이다. 정만기 한국무역협회(KITA) 부회장은 19일 "EU는 핵심원자재법 등을 통해 기업 정보 공개와 서류 제출을 의무화하는 등 규제를 강화하고 있어 한국 기업들은 인센티브와 비용을 철저히 분석하여 전략적으로 진출할 필요가 있다“면서도 "미국에 이어 EU의 이 같은 움직임은 배터리 소재, 희토류 등 중국 의존도가 높은 우리에겐 장기적으로 공급망 다변화 계기가 될 수 있다는 점에서 긍정적"이라고 평가했다. 이어 "재생에너지 자원이 빈약한 우리로서는 기술만이 전기 동력화 시대에 살아남을 수 있는 핵심 수단이라는 점을 감안, 정부는 수전해나 배터리 소재 등의 기업의 R&D에 대한 세액공제 확대 등 지원을 아끼지 말아야 할 것"이라고 강조했다. 앞서 EU 집행위는 지난 16일(현지시간) 핵심 원자재의 EU 역내 광물 채굴·가공과 재활용 역량 강화를 위한 핵심원자재법과 탄소중립산업법 초안을 공개했다. 이 가운데 핵심원자재법은 중국에 대한 공급망 의존도를 줄이기 위해 2030년까지 EU 연간 원자재 소비량의 10% 역내 채굴, 40% 가공, 15% 재활용을 목표로 한다. 또 65% 이상을 특정한 제3국에서 수입하지 못하도록 제한한다. 조빛나 무협 브뤼셀지부 지부장은 "해당 법안은 EU 차원에서 핵심 원자재를 공동으로 관리·확보하는 공급망을 구축하기 위한 초석을 마련했다는데 의의가 있다"며 "EU는 폐광 시설까지 전수조사해서 핵심 원자재 추출 가능성을 극대화하겠다고 밝히는 등 핵심 원자재 확보를 위해 총력을 기울일 것으로 보인다"고 분석했다. 그는 "보조금에 대한 구체적 정보는 없으나 전략 프로젝트와 재활용 기술·산업 등에 대한 허가 절차 단순화는 의미가 있어 보인다"면서도 "우리 기업의 EU 시장 진출과 협력 기회가 확대될 수 있을 것"이라고 평가했다. 다만 핵심 원자재와 관련된 기업 정보공개 요구가 강화되고, 장기적으로는 영구자석 재활용 비율 요건 등이 강화될 것으로 보여 기업들의 주의가 필요하다고 지적했다. 이와 함께 조 지부장은 "EU는 핵심 원자재 클럽 구성 등 우호국과 공급망 다변화를 추진하는 만큼, 우리 정부도 공급망 동맹에 적극적으로 참여해야 할 것"이라고 했다. EU가 핵심원자재법과 함께 초안을 공개한 탄소중립산업법에는 2030년까지 주요 탄소 중립 산업의 제조 역량을 EU 연간 수요의 40% 수준으로 확대하는 목표가 포함됐다. 태양광·풍력·배터리·히트펌프 및 지열에너지·수전해장치·바이오메탄·탄소포집 및 저장·그리드 기술 등 8개 분야가 적용 대상이다. cjk@fnnews.com 최종근 기자

【파이낸셜뉴스 포항=김장욱 기자】 경북 포항시가 수소특화단지 지정 추진 등 수소산업 육성에 박차를 가하기로 하고, 수소연료전지 산업 도시로 도약한다. 23일 시에 따르면 에프씨아이(FCI, Fuel Cell Innovations)가 포항 블루밸리 국가산업단지에 1500억원을 투자한다고 밝혔다. 이를 위해 시는 FCI와 포항 투자유치 간담회를 갖고, 포항 블루밸리 국가산단에 수소연료전지 생산공장이 원활히 건립될 수 있도록 적극 지원키로 했다. FCI는 내달 블루밸리 국가산단 내에 임대계약을 체결하고, 공장 및 공정 설계를 거쳐 △2023년 연료전지 조립동 완공 △2024년 연료전지 셀/스택 생산동 건립 △2025년 고온수전해장치(SOE) 조립동 단계별 건립 등의 계획을 발표했다.이태원 FCI 대표는 "포항에 '수소&연료전지 산업 파크'를 구축해 연료전지와 수전해 제품 양산을 통해 국내 연료전지 시장에 본격 진입하고, 앞으로 유럽·미국으로 시장을 확대해 나가겠다"라고 말했다. 앞서 시와 FCI는 지난 10월 22일 포항 블루밸리 국가산단 내 4만8548㎡(1만4685평) 부지에 오는 2027년까지 총 1500억원을 투자해 '연료전지 및 수소생산설비 제조시설 건립을 위한 투자양해각서'(MOU)를 체결한 바 있다. FCI는 고온연료전지와 수전해 기술을 기반으로 청정에너지 솔루션을 제공하는 사업을 진행 중이다. 보유한 핵심기술과 첨단 시스템 엔지니어링 기술을 활용해 대규모 연료전지 및 전해조 제품을 상용화하고 있다. 또 해외 각국의 현지 시장 요구사항과 안전 규정에 맞춘 연료전지 하이브리드 플랜트의 설계, 건설 업무도 수행하고 있다. 이를 위해 포항에 '수소&연료전지 산업 파크'를 구축해 연료전지 핵심부품, 스택 및 시스템을 제조하기 위해 자동화된 대량 생산설비를 갖추고 연료전지와 수전해 제품 양산, 글로벌 공급망 관리를 포함한 비용 절감, 해외로 기술 이전 등의 역할을 종합적으로 수행할 계획이다. 이강덕 시장은 "이번 투자유치를 계기로 수소 산업 전후방 기업을 추가 유치해 관련 산업 생태계 조성으로 일자리 창출과 경제 활력이 기대된다"면서 "블루밸리 국가산단을 수소특화단지로 지정받아 수소 산업 육성에 집중하겠다"라고 강조했다. gimju@fnnews.com 김장욱 기자

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 오형석·이웅희 박사팀과 특성분석센터 채근화 박사팀이 물에서 수소를 만들어내는 수전해장치에 사용하는 전극을 개발했다. 오형석 박사는 17일 "이 전극으로 수전해장치를 만들면 기존 장치보다 전기에너지를 50% 적게 사용한다"고 말했다. 또한 같은 면적에서 보다 많은 반응이 일어났으며, 수전해장치의 수소생산 성능이 10배 이상 개선됐다. 지금까지 물에서 수소를 만들어내는데 여러가지 장벽이 있지만 대표적인 문제가 많은 전기 에너지를 사용하는 것이다. 또 다른 문제는 느린 환원반응, 즉 산소가 늦게 만들어지는 것이다. 수전해장치는 양쪽의 전극에서 환원반응과 산화반응이 일어나면서 각각의 반응으로 산소와 수소가 만들어진다. 두 반응은 동시에 일어나기 때문에 산소가 늦게 만들어지면 수소도 빨리 만들 수 없다. 지금까지 수전해장치 상용화에 필요한 수소 생산 전극은 개발됐지만, 산소가 나오는 전극은 아직 숙제로 남아있다. 연구진은 비싼 희귀금속을 대체하고 산소를 빠르게 만들어내는 전극을 개발하는데 집중했다. 다른 연구자들이 가장 많이 사용하는 니켈 대신 환원반응이 활발하게 일어나는 코발트를 만들었다. 오 박사는 "산소를 잘 만드는 코발트는 원소가 3개인데 일반적인 코발트는 원소가 4개여서 이를 극복하기 위한 공정을 개발해 냈다"고 설명했다. 또한 연구진은 국내 최초로 방사광 가속기를 이용해 이 전극의 실제 표면 전자구조를 관찰하고 성능향상 이유를 밝혀냈다. 오 박사는 코발트로 만든 전극이 수전해장치 이외에도 이산화탄소를 유용한 원료로 만드는데 사용할 수 있다고 말했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 한지형 박사팀이 바닷물을 정화하지 않고도 바로 수소를 생산하는 시설의 성능과 안정성을 높일 수 있는 기술을 개발했다. 24일 연구진에 따르면 이 기술은 바닷물을 산성화하면서 침전물을 완전히 억제하고 장치표면에 달라붙는 침전물을 줄여줘 시설의 성능과 안정성을 높일 수 있다. 한지형 박사는 "양극에 씌우는 격막과 바닷물의 조합은 전기화학 연구에서 최초의 사례이며, 해수 산성화라는 새로운 현상을 발견했다"고 말했다. 연구진은 수전해장치에 물이 산소와 수소로 분해되는 해리반응이 일어나는 양극성막(BPM)을 격막으로 사용했다. 이렇게 해서 추가 화학물질을 사용하지 않고 천연 바닷물을 산성화시켜 무기 침전물을 제어했다. 연구진은 기존의 음이온 교환막(AEM)과 양극성막(BPM)을 수전해장치에 적용해 100시간 동안 실험했다. 그결과 AEM을 격막으로 사용할 경우 전극이 부식하면서 저항증가로 산화전위가 1.9V까지 증가했다. 반면, BPM 기반의 해수전해는 500mV정도 낮은 산화전위가 측정됐다. 수전해장치에서 바닷물이 반응해 수소와 수산화이온이 만들어진다. 수산화이온은 바닷물에 포함된 마그네슘 양이온과 결합해 무기침전물이 전극 표면에 달라붙는다. 이 무기침전물이 수산화이온을 전극 표면에 잡아두는 역할을 해 바닷물의 pH 상승을 억제한다. 이와 동시에 양극성 막에서는 물 해리반응을 통해 물은 양성자와 수산화이온으로 분리되고, 환원용액에 양성자를 공급해 해수를 산성화시키는 역할을 한다. 결과적으로 물 환원반응, 무기침전반응, 그리고 물 분해반응의 상호작용을 통해서 해수는 산성화된다. 해수 산성화는 분산형 무기침전물 형성을 완전히 억제하고 환원전극 계면에 형성된 무기침전물의 두께를 최소화하며 환원전극전압을 낮추는 역할을 한다. 직접해수전해는 바닷물을 전해액으로 사용한다. 때문에 해수담수화 및 초고순도 공정에 필요한 제반시설에 대한 제약 없이 바다가 인접한 어느 곳에서나 수소를 만들어낼 수 있다. 연구진은 이번 연구를 통해 무기침전문제를 해결할 수 있는 방법을 제시해 직접해수전해 스택 개발의 가능성이 더 높아졌다고 평가했다. 또한 부유식 해상 풍력 플랫폼과의 연계 시스템을 통한 해양그린수소를 생산할 수 있다고 전망했다. 한 박사는 "이번 연구결과를 통해 직접해수전해의 성능과 안정성을 높일 수 있는 원천기술을 확보했고, 대용량 스택 개발 가능성을 크게 높였다"고 말했다. 이번 연구 성과는 화학공학 분야 권위지인 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 게재됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자