[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하는 알칼라인 연료전지에 귀금속 대신 탄소계열 촉매를 개발했다. 또한 가습기 또는 노즐을 이용해 코발트와 질소를 작은 액체방울로 만들고 이를 고온의 전기로를 통과시켜 분말을 얻는 공정인 스프레이 열분해법을 이용해 대량생산이 가능하다. 이처럼 대량생산이 가능해 알칼라인 연료전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 경희대학교 김진수 교수와의 공동연구를 통해 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 촉매인 백금을 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 26일 밝혔다. 공동연구진이 개발한 촉매는 상용 백금 촉매보다 40% 성능이 향상됐다. 이는 유성종 박사팀이 1년전 발표당시보다 10% 성능이 개선된 것이다. 유성종 박사는 "이번 연구가 성능 향상뿐만 아니라 대량 합성 공정에 대해서도 고려했기 때문에 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다. KIST 연구진은 백금을 대체할 촉매로 차세대 촉매로서 꾸준히 보고됐으나, 낮은 생산 수율과 후처리 공정 문제 등 상용화에 어려움을 겪고 있는 금속유기골격체(MOF)를 활용했다. KIST-경희대학교 공동연구진은 스프레이 열분해법을 통해 코발트 및 질소가 도핑된 MOF계 촉매를 개발했다. 스프레이 열분해법은 연속적 공정으로 대량생산이 가능하고 공업용 가습기를 이용해 입자를 만들기 때문에 필요한 구조의 입자를 쉽게 제조할 수 있었다. KIST 유성종 박사는 "이번 연구는 스프레이 열분해법의 도입으로 MOF계열 촉매의 성능 향상뿐만 아니라 MOF재료의 대량생산의 가능성을 가지고 있어 연료전지 산소환원반응 촉매 분야 및 흡착제, 배터리 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다."라고 연구 의의를 밝혔다. 이 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구사업 및 결정기능화공정기술센터(ERC)사업으로 수행됐다. 이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 '어플라이드 캐털리시스 B' 최신 호에 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

국내 연구진들이 알칼라인 연료전지의 저렴한 탄소계 촉매를 개발해 상용화 가능성을 보여줬다. 이 연구를 통해 고효율의 고체알칼리막 연료전지 전극 구조를 개발해 핵심기술을 확보한다면 수급이 불안정한 태양전지발전, 풍력발전 등을 대체할 수 있는 안정적 신재생 에너지 전력공급원으로서 빠르게 부상할 것이라 기대된다. 한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 충남대학교 정남기 교수와 공동연구를 통해 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 촉매인 백금을 대체할 저가형 탄소계 촉매를 개발했다고 25일 밝혔다. 알칼라인 연료전지는 알칼라인 조건에서 수소와 산소의 화학적 에너지를 전기로 변환하는 에너지 변환 장치로 에너지 발생 단계에서 물만 배출해 친환경적이다. 전지 효율을 결정하는 산소환원반응 속도를 높이기 위해 백금 기반의 합금 나노 입자를 촉매로 사용하지만 내구성이 부족하고 가격이 비싸다는 한계가 있다. 연구진이 이번에 개발한 촉매는 코발트 재질의 코어에 그래핀 구조의 탄소 껍질을 갖는 코어-쉘(Core-Shell) 구조의 촉매로 경제성과 성능, 내구성이 우수하다. 연구진은 코어-쉘 구조를 통해 반응면적을 극대화해 상용 백금 촉매와 비슷한 구조의 전극을 만들어 우수한 연료전지 성능을 구현해 냈다. 연구진은 코발트 금속 상에 그래핀 껍질을 형성할 경우, 산소환원반응에 유리한 그래핀 표면 전자구조를 유도한다는 사실을 실험적으로 밝혀냈고, 분석을 통해 그래핀 표면에서 반응이 발생한다는 사실을 규명했다. 또 실제 연료전지 구동에 핵심인 전극이 기존 탄소계 소재에 비해 3배 이상 얇음에도 불구하고, 상용 백금계 소재와 유사한 연료전지 성능을 나타냈다. 이번 연구가 비백금계 촉매의 상용화 시기를 앞당길 수 있음을 입증했다. KIST 유성종 박사는 "이번 연구는 알칼라인 연료전지의 상용화를 위한 핵심 소재 개발 연구가 활발한 가운데, 명확하지 않았던 산소환원반응이 발생하는 활성점에 대한 규명과 실제 연료전지 구동에 핵심인 전극 구성에 대한 관점을 포함한 새로운 개발 방향에 대한 가능성을 볼 수 있었다."고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템 연구사업으로 수행됐다. 충남대학교와의 공동 연구로 진행된 이번 연구결과는 세계 최고의 에너지 환경 분야 국제 저널인 'Energy & Environmental Science' 최신호의 표지논문으로 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

한국에너지기술연구원(곽병성 원장)은 9일 한국에너지기술연구원 본원에서 과기부 수소에너지혁신기술사업의 일환으로 추진되는 ‘알칼라인 수전해 핵심기술개발 연구단’ 포럼 및 착수회의를 개최했다. 알칼라인 수전해 핵심기술개발 연구단은 주관기관인 한국에너지기술연구원을 비롯해 포항공과대학교, 한국기계연구원, 단국대학교, ㈜테크윈 등 산·학·연 27개 기관으로 구성돼있다. 연구단은 4년 동안 총 140억 원의 예산을 바탕으로 재생에너지를 이용한 수전해 수소생산기술 개발을 수행할 예정이며, 부하 변동 대응형 알칼라인 수전해 개발을 통해 수소경제사회 진입을 위한 그린(Green) 수소 공급확대에 기여하는 것을 최종 목표로 잡고 있다. 연구단 과제책임자·연구원을 포함해 관련 산업 종사자 100여명이 참석한 이번 행사에서는 한국에너지기술연구원 신재생에너지연구소 윤재호 소장의 축사, 김창희 연구단장의 연구단 소개를 비롯해 고성능 수전해 스택, 셀, 전극 등의 핵심기술 관련 논의가 활발히 진행됐다. 김창희 알칼라인 수전해 핵심기술개발 연구단장은 “국내 재생에너지의 보급이 확대되면서 재생에너지 연계 수전해 수소 생산 기술이 경제성을 확보하게 될 것이고, 장기적으로는 해외 재생에너지를 활용해 그린수소 산유국으로 도약할 수 있을 것”이라며 “본 연구단은 재생에너지 3020 정책의 효과적인 달성, 기존 국가 전력망의 안정성 확보, 수소 경제 선도국 진입이라는 국가적 과제를 해결하는 데 적극적으로 기여할 방침”이라고 밝혔다. seokjang@fnnews.com 조석장 기자

‘탄소중립과 수소경제를 대비해 2300조원의 혜택을 누릴 것인가, 932조원의 손해를 입을 것인가.' 기술패권 경쟁에서 우리나라가 기후변화에 대비한 연구개발(R&D)을 집중해야 하는 이유다. 전 세계가 기후변화로 극단적인 가뭄과 홍수를 겪으면서 유럽연합(EU)과 미국을 중심으로 탄소중립 관련 정책과 R&D에 힘쓰고 있다. 정부도 탄소중립녹색성장위원회에서 지난해 탄소중립 국가기본계획을 세워 탄소중립을 실현하고 수소경제로 전환하기 위한 R&D에 집중하고 있다. 이에 3회에 걸쳐 수소생산 기술, 탄소 포집·활용·저장 기술(CCUS), 산업현장의 탄소저감 기술 적용 등을 소개한다. 정부가 오는 2030년 국가 온실가스 감축목표(NDC)를 달성하고 탄소중립 경제 전환을 준비하고 있는 가운데 한국에너지기술연구원에서는 2700조원대 수소시장을 선점할 수소생산 연구개발(R&D)이 한창이다. 단기적으로 천연가스에서 수소를 뽑아내는 그레이·블루 수소 기술과 중장기적으로 이산화탄소 배출 없이 물을 분해해 수소를 만드는 그린 수소 기술까지 국산화에 박차를 가하고 있다. ■에너지산업 수소로 이동 에너지기술연구원은 1일 "국내 수소생산 기술 수준이 선진국 대비 75% 수준이지만 이는 단순 산업 경쟁력 뿐만아니라 에너지 안보와 직결되는 문제"라며 "글로벌 수소시장에서 살아남기 위해서는 기술의 국산화는 필수"라고 강조했다. 세계의 에너지산업 패러다임이 변화하고 있다. 세계 각국에서는 석유, 석탄과 같은 화석연료에서 탄소 배출이 없는 청정수소로 전환을 준비하고 있다. 한국딜로이트그룹은 '한국경제 터닝포인트' 보고서를 통해 우리나라가 적극적인 대응으로 탄소중립을 달성할 경우 향후 50년간 2300조원의 경제적 혜택을 누릴 수 있을 것으로 전망했다. 반면, 현재의 기후변화를 방치할 경우 935조원의 손실이 불가피하다. 미국은 이를 대비해 지난해 6월 청정 수소 전략 및 로드맵을 수립했다. 청정수소의 생산, 처리, 운송, 저장 및 사용등 전 단계의 가치사슬을 촉진하기 위한 포괄적 프레임워크 구축한 것이다. 또 독일은 국가수소전략을 수정해 수전해 목표 용량을 5GW에서 10GW로 2배 상향했다. 영국도 2025년까지 최대 1GW의 전해조 수소의 운영, 건설을 목표로 하고 있다. ■그레이 수소부터 그린 수소까지 정부는 2025년까지 수소경제 초기 시장을 형성하고자 부생 수소와 천연 가스 개질 수소를 활용한 생산량 및 공급량을 늘릴 계획이다. 이후 단가를 낮추고 이산화탄소 배출이 없는 수전해를 통한 그린수소로 전환한다. 국제에너지기구(IEA)의 글로벌 수소 리뷰에 따르면, 2030년까지 연간 저탄소 수소 생산량은 2023년보다 30배 증가한 3800만t으로 추정되며, 이 중 수전해를 통한 수소 생산은 약 2700만t으로 전망된다. 또 탄소 포집·활용·저장(CCUS) 기술을 적용해 생산한 수소는 약 1000만t으로 내다봤다. 에너지기술연구원은 이를 위해 천연가스 수증기 개질 기술과 알칼라인 전해액 수전해, 세라믹전해질을 이용한 고온수전해 등의 기술을 개발하고 기술이전과 성능 향상을 진행중이다. 천연가스에서 수소를 뽑아내는 기술은 현재 전세계 수소생산의 96%를 차지한다. 에너지기술연구원 김우현 박사팀은 관련 설비 단가를 낮추고 자동화된 기술을 개발했다. 하루 500~643㎏를 생산하는 실증설비를 통해 성능을 인정받아 관련기업에 120억원의 기술이전을 했다. CCUS 기술을 활용하는 블루수소 생산기술도 개발했다. 윤형진 박사는 천연가스 활용 수소플랜트 설계기술과 접목하면 연 100만t 규모의 이산화탄소 포집 실증 및 1t당 30달러 이하의 낮은 포집 비용으로도 블루수소 생산이 가능할 것으로 내다봤다. 수소연구단 김민중 박사팀은 최근 ㎿급 상용 수전해 장치 개발의 기반이 될 250㎾급 수전해 스택 설계 기술과 전극 기술을 개발해 관련 기업들에 기술을 이전했다. 아울러 에너지기술연구원은 고온 수증기를 전기분해하는 방식의 세라믹전해질을 이용한 8㎾급 고온수전해 스택을 개발했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 부방이 29일 코스닥시장에서 장중 오름세를 보이고 있다. 이 회사 계열사인 테크로스가 그린수소 대량생산을 위한 알칼라인 수전해 장치 상용화를 추진한다고 알려지면서 영향을 받은 것으로 풀이된다. 이날 오후 1시 44분 현재 부방은 전 거래일 대비 4.18% 오른 2615원에 거래되고 있다. 한국에너지기술연구원은 지난 26일 테크로스와 그린수소 생산기술의 사업화와 기술협력 강화를 위한 기술이전 계약 및 업무협약 체결식을 개최했다. 테크로스에 이전된 기술은 재생에너지와 연계된 수전해 확장형 모듈 스택 핵심 기술로 알려졌다. 수전해는 물을 전기분해해 수소와 산소를 생성하는 기술이다. 수소 생성을 위한 전력을 재생에너지로 충당해 생성 과정에서 이산화탄소가 발생하지 않는 대표적인 그린수소 생산 기술로 꼽힌다. 이번 기술이전은 MW급 상용 수전해 장치의 발판인 250kW급 수전해 스택 모듈 기술을 중심으로 이뤄졌다. 수전해 스택 스케일업을 위한 구조 설계와 제작, 부하변동 내구성 향상 전극 제작 및 평가, 고효율 확산층 설계 및 제작에 관한 핵심 노하우를 포함하고 있다. 이 기술을 활용하면 수소 생산 효율을 기존 국내 기술 대비 6% 이상 향상시킬 수 있어 해외 선도 기업과의 경쟁이 가능해질 것으로 기대된다. 또 부하변동 대응 운전에 대한 내구성도 높다. 이에 따라 재생에너지와 연계한 운전 범위도 기존 기술 대비 20% 이상 향상시킬 수 있다. 테크로스는 글로벌 1위 선박평형수 처리 장치 제조업체이자 국내 대표적 전기분해조 전문기업이다. 전기분해 원천기술과 한국에너지기술연구원에서 이전받은 기술을 활용해 그린수소 분야에 대한 연구개발과 사업 확장을 추진할 것으로 기대된다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

【파이낸셜뉴스 무안=황태종 기자】김영록 전남도지사가 26일 수전해 소재 연구개발 현장 점검차 여수 LG화학 공장을 방문한 한덕수 국무총리에게 지역 수소 산업 육성을 위한 여수·광양 수소배관망 구축 사업의 예비타당성조사 사업 선정 등 지역 현안을 건의했다.  전남도에 따르면 한덕수 총리는 지난 4월 국가 탄소중립 녹색성장 기본계획 발표 이후 탄소중립 이행 정책현장 점검을 위해 이날 여수 LG화학의 전기분해 공장 및 수전해 소재 연구개발 현장을 방문했다. 현장에는 김영록 지사, 강경성 산업통상자원부 2차관, 이정원 국무조정실 국무2차장, 주대영 탄소중립녹색성장위원회 사무차장 등이 함께했다.  김 지사는 이 자리에서 "전남은 광양만권의 우수한 철강·석유화학 산단과 국내 최대 재생에너지 잠재량·설비량을 보유한 수소 산업 육성의 최적지"라며 여수·광양 수소배관망 구축 사업 예타 선정을 건의했다.  또 △그린수소 에너지섬 조성 사업 예타 선정 △여수·광양 일원에 미래 첨단소재 국가산단 추가 지정 △국가가 중심이 되고 지역이 참여하는 '남해안 종합개발청' 설립 등 지역 현안의 긍정적 검토를 요청했다.  한편 여수 LG화학 공장은 알칼라인 수전해 기술과 유사한 클로르 알칼리 공정을 통해 염소와 가성소다 생산 설비를 지난 1996년부터 운영하며 축적된 설비 운영 경험을 바탕으로 2015년부터 수전해 소재 기술 개발을 시작했다.  현재 다수의 기업과 함께 알칼라인 수전해 시스템 개발 국책 과제에 참여 중이며, 오는 2026년까지 0.5MW급 알칼라인 수전해시스템 실증을 진행할 계획이다.  기존 수소 생산은 주로 화석연료에서 추출해 탄소(온실가스)가 배출됨에 따라 탄소중립에 필요한 청정수소 생산을 위해선 재생에너지 등 전기로 물을 분해해 수소를 제조하는 수전해 생산 기술 확보가 필요하다.  수소는 에너지 공급망 위기 대응과 온실가스 감축에 효과적 핵심 에너지원으로, 세계 주요국의 청정 수소 산업 발전을 위한 경쟁이 가속화되고 있다. 전 세계 수전해 설비 규모는 2030년 850GW, 2050년 3천600GW 규모의 거대시장이 될 것으로 추산된다.  이에 따라 정부는 지난해 11월 수소경제 정책방향 3대 전략(청정수소 생태계 확장, 제도적 기반 마련, 세계 1등 수소산업 육성)을 발표했다. 또 세계 1등 수소산업 육성을 위한 7대 전략 분야(수전해, 액화수소 운송선, 트레일러, 충전소, 연료전지 모빌리티, 연료전지 발전), 수소터빈)의 첫 번째로 수소 생산에 필요한 수전해 기술을 제시했다.  한 총리는 이날 공장 시찰 후 산업부, 전남도, LG화학, SK E&S, 두산퓨얼셀, 한화솔루션, 테크로스, 화학연구원 등이 참석하는 간담회를 열고 정부·지자체의 정책지원 현황 및 업계 관계자의 애로사항을 논의했다.  산업부는 기업의 손실 우려(리스크)가 큰 대규모 연구개발(R&D) 사업은 정부 주도로 추진해 핵심 기반기술 확보에 주력하고 수소 산업 생태계 조성 지원 및 수소 산업 규제를 지속해서 모니터링해 개선할 계획이다.  한 총리는 "탄소중립 실현 과정에서 국내 경제가 발전하는 녹색성장이 함께 이뤄져야 한다"면서 "경제주체인 기업이 도전정신으로 수소산업 핵심기술 확보와 경쟁력 향상에 역량을 집중해 세계시장을 선도해달라"라고 당부했다.  이어 "정부 정책과 기업의 기술혁신 노력을 긴밀히 연계하는 등 세계 1등 수소 산업 육성에 아낌없이 지원하겠다"라고 덧붙였다. hwangtae@fnnews.com 황태종 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) 에너지화학공학과 권영국 교수팀이 물을 전기로 분해해 수소를 만드는 수전해시스템 속 음이온교환막을 개발했다. 연구진이 개발한 음이온교환막은 수소 1㎏을 만드는데 전기를 47㎾/h 사용해 귀금속이 들어간 교환막보다 6㎾/h 덜 사용했다. 또한 1000시간 이상 사용할 수 있어 3배 이상 내구성을 끌어올려 수소 생산에 투입되는 비용을 더 낮출 수 있다. 이번 개발에 참여한 에너지화학공학과 판디아라잔 탕가벨 박사는 21일 "기존 니켈-철기반의 교환막은 전기전도성이 낮고 수전해 환경에서 안정성 확보가 시급했다"며 "교환막에 다른 금속을 추가해 비귀금속기반의 고성능, 고내구성 산소발생 교환막을 개발했다"고 말했다. 지금까지 물에서 수소와 산소를 분리해 뽑아내는 수전해시스템에는 고가의 이리듐을 사용한 음이온교환막을 사용했다. 수소 생산속도를 올리기위해서는 동시에 산소발생 속도를 빨리해야 가능하다. 이를 위해 시스템 속 음이온교환막을 이리듐과 루테늄 등 귀금속만이 쓰였다. 연구진은 귀금속 대신 바나듐-니켈-철 옥시수산화물로 고성능 산소발생 교환막을 만들었다. 니켈-철 옥시수산화물의 낮은 전기전도성을 보완하기 위해 바나듐을 도핑시키고 니켈 질화물을 표면에 성장시켰다. 이와 동시에 활성점을 안정화시켜 성능과 안정성까지 향상시켰다. 이 교환막은 알칼라인 환경 뿐만아니라 순수한 물을 흘려주는 음이온 교환막 수전해 시스템에서도 성능이 뛰어났다. 실험 결과, 알칼라인 조건에서 실질적으로 상업화에 필요한 전류밀도의 두 배인 전류밀도 1A/㎠를 낮은 과전압인 270㎷에서 도달했다. 안정성 실험에서는 1000시간 동안 손상 없이 안정적으로 작동했다. 또한 음이온 교환막 수전해 시스템의 초순수 환경에서는 전체 셀 전압 1.85V에서 전류밀도 685㎃/㎠를 나타내 뛰어난 성능을 보였다. 연구진은 "이는 귀금속 촉매 기반의 음이온 교환막보다 약 두 배가량 높은 수치"라고 설명했다. 뿐만아니라 이 음이온교환막의 패러데이 효율은 99.6%에 달했다. 패러데이 효율은 물을 전기분해해 나오는 수소의 양을 말하는데 100%에 가까울수록 전류를 효율적으로 사용하는 것을 뜻한다. 권영국 교수는 "촉매의 기본 요소인 성능과 안정성을 동시에 확보하는 것은 수전해 기술의 상업화에 필수적이다"며 "촉매 개발에 있어 기존 촉매의 단점을 잘 이해하고 이를 해결하기 위한 노력으로 수소경제 실현에 이바지하겠다"고 말했다. 연구진은 새로 개발한 음이온 교환막을 에너지·환경과학 분야의 세계적 권위지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)에 발표, 표지논문으로 선정됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

한국전력이 수소경제 패러다임을 이끌기 위해 이산화탄소 배출 없이 재생에너지 전력을 이용한 친환경 수소생산에 나서고 있다. 블루수소, 청록수소, 그린수소를 생산하는 차세대 친환경기술 개발에 나선 것이다. 또 수소를 저장하는 연료전지를 비롯해 터빈 등 수소 발전기술까지 아우르는 수소 전주기 기술확보를 추진하고 있다. 블루수소, 청록수소 생산기술은 2022년 파일럿급 실증을 기반으로 MW급 설계기술을 확보한다. 이를 2025년에는 MW급 시스템을 수소발전소에 적용하고, 향후 전력그룹사 청정수소 발전소에 확대 보급한다. ■청정수소 기술개발·사업화 나서 21일 업계에 따르면 한전 전력연구원은 청정수소 대용량·상용급 기술 보급과 사업화를 추진하고 있다. 블루수소, 청록수소 생산기술은 발전사와 공동추진해 2022년 파일럿급 실증을 기반으로 MW급 설계기술을 확보할 계획이다. 2025년에는 MW급 시스템을 수소발전소 현장에 적용해 트랙 레코드를 확보하고, 전력그룹사 청정수소 발전소에 확대 보급한다. 블루수소는 금속 소재의 산화(수소) 및 환원(이산화탄소) 순환반응을 이용해 메탄과 수증기를 수소로 전환하고, 이산화탄소를 포집하는 생산기술을 개발하고 있다. 청록수소는 천연가스를 금속 촉매로 직접 분해해 수소 생산비용을 획기적으로 줄이는 기술이다. 그린수소는 재생에너지 전력으로 물을 전기분해해 온실가스 배출이 없는 그린수소를 생산·저장하는 P2G(Power to Gas) 기술을 개발하고 있다. 수소저장시스템은 그린수소 생산, 저장, 연료전지 연계시스템을 구축했다. 2019년 국내 최초로 파일럿 규모(20 N㎥H2) 액상유기수소운반체(Liquid Organic Hydrogen Carrier) 수소저장 시스템을 개발하고, 이를 적용한 수전해(그린수소 생산)-LOHC(저장)-연료전지(전기·열 생산) 연계시스템을 구축했다. 고효율·대용량 그린수소 생산을 위해 산업통상자원부 지원사업으로 알칼라인과 고분자막 수전해 모듈을 연계한 2MW급 하이브리드 수전해 시스템을 개발하고 있다. 수전해에서 생산된 그린수소와 발전소에서 포집한 이산화탄소는 메탄으로 전환한다. 이를 기존 가스망과 연계하는 P2G 통합 엔지니어링 기술 개발을 위한 2MW급 플랜트 설계와 비즈니스 모델 도출을 위한 연구도 수행하고 있다. 또 재생에너지와 연계한 그린수소 생산 실증으로 2024년까지 사업화 기반을 구축한다. 향후 10MW 규모의 상용급 P2G 시스템을 개발해 해상풍력발전 등 대규모 재생에너지 단지와 연계한 그린수소 생산 상업운전을 추진한다. ■고체 산화물 연료전지 상용화도 추진 전력연구원은 고체 산화물 연료전지(SOFC·Solid Oxide Fuel Cell) 상용화를 위한 3kW급 가정용 시스템과 20kW급 건물용 발전시스템을 개발해 전력계통 연계실증을 성공 진행했다. 특히 연료개질기, 기동용 버너, 고온열교환기 등 BOP(Balance of Plant) 기술과 시스템 설계 및 종합기술을 확보했다. 개발된 3kW급 시스템은 공동연구 기관인 에이치앤파워에 기술이전했고, 사업화를 위해 KGS 인증·KS 인증을 완료했다.수소혼소 발전용 가스터빈 실증설비를 올해 7월 전력연구원에 준공한다. 전력연구원은 발전사와 공동연구로 F급 가스터빈(150MW급) 운영기술에 기반해 수소 혼소 연구를 수행하고 있다. 향후 주요 제작사 가스터빈을 대상으로 국내 실증 발전소를 선정해 상용화까지 지원할 계획이다. SOFC 기술은 종래 연료극지지체 방식의 단점인 내구성과 열싸이클 문제를 개선한다. 고신뢰성의 전해질지지체식 셀과 kW급 스택을 2023년까지 개발할 계획인데, 저가의 셀 제조공정·스택킹 양산화가 목표다. 개발된 kW급 스택은 모듈화를 통해 수백 kW급 대용량 발전용으로 개발하여 SOFC 분산전원시스템 사업화를 추진한다. 한전은 "수소는 재생에너지를 이용한 물의 전기분해 등 다양한 방법으로 생산 가능하며, 연소 과정에서 유해한 부산물이 발생하지 않는 친환경 에너지"라며 "생산 즉시 소비되는 전기와 달리 수소는 대용량·장기간 저장이 가능한 에너지 유통수단으로 전력과 열 생산뿐만 아니라 수송 등 다양한 분야에 활용할 수 있다"고 강조했다. lkbms@fnnews.com 임광복 기자

[파이낸셜뉴스] 한국미래기술교육연구원은 오는 6월 17일 서울 여의도 전경련회관 사파이어홀에서 ' '청정수소의 핵심' 수전해 수소생산 기술과 부품·소재 국산화 방안-지원방안, PEMEC, SOEC, AEMEC, AEC, SMR, PCEC' 세미나를 온, 오프라인으로 병행해서 개최한다고 7일 밝혔다. 수전해 방식은 생산 단가가 매우 높고 전력 소모량도 상당해 상용화에 어려움을 겪고 있으나, 생산공정상 오염물질이 전혀 배출되지 않으며 전기 에너지를 수소로 변환하여 손쉽게 저장하므로 생산량이 고르지 않은 재생에너지의 단점도 보완할 수 있다는 평가다. 이번 세미나에서는 △청정수소 확대를 위한 추진방안 △고분자전해질 수전해(PEMEC) 기술과 소재 및 부품의 국산화 방안 △고온 고체산화물 수전해(SOEC) 기술과 소재 및 부품의 국산화 방안 △재생에너지(풍력) 연계형 저온 수전해 기반 P2G 시스템 구축 및 실증 △2020년 이후 알칼라인 수전해(AEC) 국내외 기술 동향 △음이온교환막수전해(AEMEC) 기술과 분산·독립형 수전해 스택 및 소재기술 △초고온가스형 SMR (소형모듈원자로) 수전해 기술 △프로톤 세라믹 수전해(PCEC) 핵심 기술 및 고수율 초고순도 수소생산기술과 소재·부품의 국산화 방안 등을 논의한다. 연구원 관계자는 "최근 고유가 기조하에서 고유가와 탄소중립을 동시에 해결할 수 있는 수소경제로의 이행은 거스를 수 없는 흐름이다. 금번 세미나는 수전해를 통한 청정수소생산 및 유관 기술 및 국산화 방안에 대하여 가장 현실적이고 명확한 길을 제시함과 동시에 관련 국내외 산업 및 시장 동향 등의 제반 기술과 정보를 공유하며 그에 따른 전략을 제시하는 장이 될 것"이라고 말했다. ggg@fnnews.com 강구귀 기자