수소 값싸게 생산…기계연, 고온 수전해 기술 3천시간 운전 성공

20㎾급 수전해 시스템 개발…"1㎏당 수소 생산 비용 3천원 가능"

20㎾(킬로와트)급 연료극지지형 고체산화물 수전해 시스템 [한국기계연구원 제공. 재판매 및 DB 금지] 

국내 최초로 청정수소를 값싸게 생산할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국기계연구원은 김영상 책임연구원 연구팀이 국내 최초로 20㎾(킬로와트)급 연료극지지형 고체산화물 수전해 전주기 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

연료극지지형 고체산화물 수전해 기술은 약 700도 이상 고온에서 전기와 스팀을 이용해 수소를 생산하는 기술이다.

외부에서 스팀을 공급받게 되면 수소를 생산하는 데 필요한 전기량을 최소화할 수 있다. 높은 온도에서 작동하기 때문에 고온 수전해라고 부른다.

연구팀은 고온 수전해 시스템의 전기 효율을 높이기 위해 외부에서 버려지는 고온의 폐열을 활용했다.

이를 통해 스팀을 발생시키는데 드는 추가 전력 소모를 줄이고, 수소 생산 단가도 획기적으로 낮출 수 있다.

기계연이 개발한 20㎾급 연료극지지형 고온 수전해 기술은 외부 열원과 연계할 경우 수소 생산 전기 효율이 저위 발열량(순 발열량) 기준 83%에 달한다.

시간당 6N㎥(노멀 입방미터)의 수소를 생산할 수 있는 수준으로, 기존 저온 수전해 기술 대비 전력 소비량을 15% 이상 절감할 수 있다.

연구팀은 국내 최초로 20㎾급 고온 수전해 시스템을 3천시간 이상 안정적으로 운전하는 데 성공했다.

시스템 장기 운전 과정에서 스팀 공급 불안정, 정전 등 다양한 이벤트 상황에서도 안정적으로 운전하며 높은 효율을 유지하는 것을 확인했다.

궁극적으로 1㎏당 수소 생산 비용 3천원을 달성할 수 있는 기반을 갖췄다고 기계연은 설명했다.

산업 현장에서 버려지는 폐열과 원자력 발전, 재생에너지를 활용하면 기존 산업용 전기 활용 대비 수소 생산 단가를 약 25% 이상 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

김영상 책임연구원은 "주로 셀과 스택 수준에서 연구되던 국내 연료극지지형 고온 수전해 기술을 시스템 단위로 확장해 검증한 국내 최초 사례"라며 "고효율·저비용 청정수소 생산이 가능한 고온 수전해 시스템 설계 기술을 확보했다"고 말했다. 연합뉴스

청정수소 생산 기술 개발한 한국기계연구원 연구팀 [한국기계연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]