[이뉴스투데이 백연식 기자] 그린수소가 차세대 청정에너지원으로 주목받으면서 이를 안정적이고 경제적으로 생산할 수 있는 기술 확보가 중요한 과제로 떠오르고 있다. 그러나 현재 수전해 기술은 높은 비용과 설비 부담으로 대규모 활용에 한계가 있다. 특히, 장기간 운용 시 성능 저하와 유지비 증가가 상용화를 가로막고 있어 비용과 효율을 함께 개선할 수 있는 새로운 수전해 기술에 대한 요구가 커지고 있다.
한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단 헨켄스마이어디억(Dirk Henkensmeier) 박사 연구팀은 기존보다 낮은 알칼리 조건에서도 안정적으로 작동하는 새로운 수전해용 막 소재를 개발했다고 30일 밝혔다. 이 막은 저농도 알칼리 환경에서도 수소 생산 성능을 유지해 저알칼리 수전해 기술에 활용될 수 있는 기반을 마련했다.
이번에 개발된 막은 장기간 사용 시에도 성능이 떨어지기 쉬운 구조를 피하면서 전해질을 안정적으로 흡수하도록 설계됐다. 실제로 높은 온도 조건에서도 오랜 기간 성능 저하 없이 유지됐고 수소와 산소를 효과적으로 분리해 안전 기준을 충족했다. 또한, 비교적 낮은 알칼리 조건에서도 이온 이동이 원활해 기존 상용 막보다 높은 수소 생산 성능을 보였다. 이는 장비 효율을 높이면서 운전 부담을 줄일 수 있음을 의미한다.
특히, 이 막은 저가 촉매 적용이 가능하고 낮은 알칼리 환경에서도 안정적인 이온 전달이 이뤄져 전해조를 더 낮은 전압에서 운전할 수 있다. 이에 따라 수전해 공정에서 큰 비중을 차지하는 전력 소모를 줄일 수 있으며 막 교체 주기가 길어져 유지보수 부담도 완화된다. 이러한 특성은 수전해 설비의 초기 투자비와 운영비를 동시에 낮춰 그린수소 생산의 경제성을 높이는 기반이 된다.
이번 기술은 하나의 막으로 다양한 수전해 시스템에 적용할 수 있는 ‘저알칼리 이온 용해막 수전해’ 방식으로, 설비 운영의 유연성을 높이고 그린수소 생산 비용 절감에 기여할 수 있다. 현재 수전해 핵심 막 소재 시장을 미국·캐나다·유럽 기업들이 주도하고 있는 상황에서 이번 성과는 국산 핵심 소재 확보와 수입 대체 효과를 가져올 수 있다. 나아가 수전해 기술을 수소 생산 국가에 수출할 수 있는 기반을 마련함으로써 그린수소 산업에서 우리나라의 기술 경쟁력과 산업 위상을 높이는 데 기여할 전망이다.
헨켄스마이어디억 KIST 박사는 “그동안 수전해 기술은 성능과 안정성, 비용 사이에서 선택의 한계가 있었는데 이번 연구는 이를 함께 개선할 수 있는 방향을 제시했다”라며 “앞으로 그린수소 생산 비용을 낮추고 한국이 수전해 기술 경쟁력을 확보하는 데 도움이 되길 기대한다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 EU H2020사업(NEXTAEC, 862509) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Energy」 (IF 60.1, JCR 분야 0.3%)에 게재됐다.
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