36년 간 연료전지 연구, 연료전지 분리판 수입 의존

CNT 분리판 기술 개발···연간 1조원 시장 대체효과

[가스신문 = 양인범 기자] “CNT(탄소나노튜브)를 분리판에 넣어 양산한 것은 세계 최초로, 향후 이 기술이 국내 연료전지 부품 핵심기술이 될 것입니다.”

한국에너지기술연구원의 정두환 박사는 지난 86년부터 36년이 넘는 기간동안 연료전지 기술을 연구한 이 분야 전문가다. 그는 연료전지 분야를 포함한 신재생에너지 분야에 기여한 공로로 지난 2007년에는 산업포장을 수상하기도 했다.

정 박사와 에기연 연구진이 개발한 ‘전기전도도와 강도가 향상된 수소연료전지용 CNT 복합소재 분리판 제조기술’은 씨앤티솔루션에 이전되었다. 정두환 박사로부터 기술 개발 과정에 대해 자세히 들어봤다.

“86년부터 인산형 연료전지를 연구했는데, 이 때 바이폴라(bi-polar)는 흑연판을 가공해 사용했습니다. 대부분 일본에서 수입한 흑연블록을 사용해 인산형 연료전지의 바이폴라 유로를 가공해 사용했는데, 취성에 약하고 흑연판이 다공성이 있어 수소가 바이폴라를 관통하는 현상이 있습니다.”

바이폴라에는 열경화성 고분자 수지를 함침하여 쓰는 등 복잡한 제조 공정이 필요했기에, 이를 극복하기 위해 국산 기술의 필요성을 인식했다고 정 박사는 말했다.

“1990년 이후에는 직접 메탄올 연료전지와 고분자 연료전지(PEMFC) 연구를 시작하면서 자체 연구를 통해 흑연에 CNT가 첨가되는 필러를 사용해 수지를 결합제로 사용하는 바이폴라의 원천제조 기술을 개발하고, 96년에 특허 등록했습니다. 게다가 3년전 일본의 수출 규제로 국내 자체 생산이 꼭 필요하기도 했습니다.”

그가 개발한 탄소복합체 분리판 기술은 여러 연료전지에 모두 적용이 가능하다.

“인산형, 고분자, 메탄올 연료전지에 모두 쓸 수 있습니다. 이 제품들의 바이폴라가 대부분 수입에 의존하는 만큼 국내 시장 기준으로 연간 1조원 이상 수입 대체 효과가 있을 것으로 예상합니다.”

보통 연료전지의 발전용량은 MEA (Membrane and Electrode Assembly)의 크기와 개수로서 결정된다.

“5kW의 연료전지의 유효면적은 200c㎡, 150장의 바이폴라 플레이트가 필요합니다. 저희 기술은 건물용 고분자전해질 연료전지 스택의 음극과 양극 탄소 바이폴라 사이에 MEA를 장착시켜 사용합니다.”

그는 30년 넘게 연료전지를 연구해오면서, 국내 기술도 선진국 수준에 도달했지만 아직도 개선이 필요하다고 언급했다.

“시스템 제조 측면에서는 선진국 수준이라고 봅니다. 그러나 촉매, 가스확산층, 멤브레인 등 MEA 제조에 필요한 원천 소재 기술, 시스템 효율을 높이는 BOP기술 등은 열악하기에 이에 대한 정부 지원 기초 및 생산 연구가 필요하다고 생각합니다.”

정 박사는 수소경제를 앞당기기 위해서는 수소 생산 기술에 대한 국가 지원이 더 필요하다고 덧붙였다.

“저가의 수소를 쓰려면 재생에너지(태양광, 풍력)를 이용해 효율적으로 수소를 생산해야 합니다. 국가 차원에서 이 기술에 대해 지원이 있어야 합니다. 현재 저는 연료전지 외에도 수전해 장치에 탄소 전극을 이용하는 연구를 수행하고 있습니다.”

그는 지난 36년여간 연료전지와 탄소 소재 부문 논문을 150여편 쓸 만큼 열정적으로 연구를 해왔다. 정두환 박사는 수소에너지의 이용은 지구온난화를 막기 위한 필연적인 선택이라고 설명했다.

“자동차도 현재는 2차 전지로의 전환이 대세이나 차세대 구동원은 수소라고 생각합니다. 기존 가스 배관망을 이용해 수소의 공급망 확충이 점진적으로 필요합니다.”

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