- 수전해 셀의 성능과 효율을 정밀하게 평가 가능하도록 장비 개발

- 변동성이 큰 재생에너지(풍력·태양광)의 부하 입력에 대한 응답성 및 신뢰성 평가 가능

■ 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 수소연구단 김창희 박사 연구진은 친환경 에너지인 수소를 생산하는 수전해 장치의 성능과 효율을 정밀하게 평가할 수 있는 평가 장비를 자체 개발했다.

○ 2018년 정부의 3대 전략투자 대상에 ‘수소경제’가 선정되어 재생에너지와 연계로 친환경 그린수소를 생산할 수 있는 수전해 기술개발에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 수전해 핵심 소재, 부품 및 장치의 성능과 효율을 평가할 수 있는 장비가 국내와 해외에 많이 보급되고 있다.

■ 물을 전기분해하는 수전해 장치는 수소와 산소가 각각 발생하는 음극·양극과 두 전극사이에서 이온을 전달하고 수소, 산소 가스의 혼합을 막아주는 역할을 하는 분리막으로 구성된 ‘수전해 셀’의 집합체다. 수전해 장치의 효율은 이 수전해 셀의 성능에 좌우된다.

□ 통상적인 국내 평가 장비는 전류를 흐르게 했을때 나타나는 수전해 셀의 전압만을 측정하는 방식으로 성능과 효율을 평가하는데, 이 방법은 비교적 간단한 장치 구성만으로도 평가가 가능하다. 하지만 실제 수소, 산소 생산량을 정량적으로 검증할 수 없기 때문에 운전되는 전류 밀도 범위에 따라 부정확한 성능 및 효율 평가가 발생할 수 있다. 또한 수전해 셀의 경우 낮은 전류 밀도에서 운전될 때 수소, 산소 가스가 혼합 될 확률이 매우 높아지는데, 이는 부정확한 전압 효율 측정을 유발하는 대표적인 운전 환경 중 하나이다.

■ 연구진은 통상적인 전압 효율 측정과 더불어, 수전해 셀 운전 시 생성되는 수소, 산소 가스의 유량과 농도를 실시간으로 측정하고 혼합 정도를 분석함으로써, 인가되는 전류 대비 생성된 수소의 양(전류 효율)까지 동시에 정밀하게 분석할 수 있는 평가 장비를 자체 개발했다.

□ 연구진은 개발한 평가 장비를 이용하여 수전해 셀이 운전되는 동안 생성된 수소, 산소 가스에 대한 정보를 실시간으로 쉽게 모니터링 할 수 있었고, 이를 바탕으로 날씨에 따라 전기 생산량의 변화가 심한 태양광, 풍력 등의 재생에너지와 연계되었을 때 수전해 셀의 응답성과 신뢰성 역시 검증할 수 있었다.

□ 또한 연구원에서는 자체 개발한 이 장비를 활용하여 수전해 핵심 소재 및 부품들의 성능평가가 필요한 대학·연구소에게 도움을 제공하고 있다.

■ 연구책임자인 김창희 책임연구원은 “이번 평가 장치의 개발은 연구 현장에서 필요로 하는 요소 기술이 반영된 평가 장치를 연구원에서 자체적으로 구현했다는 데에 그 의의가 있다.”고 밝혔으며 “해외 선도 기업 제품 대비 저렴한 가격으로 제작이 가능해짐에 따라 국내 수전해 평가 장치의 보급에 큰 도움이 될 것으로 기대한다.”고 덧붙였다.

□ 이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 기후변화대응기술개발사업, 수소에너지혁신기술개발사업의 일환으로 2015년부터 약 5년간 진행되고 있으며, 작년 10월 수경화학㈜에 기술이전을 완료했다.

□ 한편, 수경화학㈜은 연구원으로부터 받은 기술이전을 통해 평가 장치 기술개발에 소요되는 막대한 투자비용과 시간과 인력을 절감할 수 있었으며, 이와 관련된 그린수소 생산기술을 습득하여 향후 주요 사업영역으로 키워나갈 계획이다.