재료연구원에서 폐알카리수를 이용하여 그린수소를 생산하는 기술을 개발했다. 그린수소를 만들기 위해 엄청난 양의 물을 사용해야 하는데, 획기적인 수소 생산 방식을 국내연구진이 개발한 것이다.
KIMS (재료연구원) 새로운 수소 생산 기술 개발
과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS) 그린수소재료연구실의 양주찬, 최승목 박사 연구팀이 고성능 비귀금속 촉매·전극 소재를 했다고 한다. 이 기술은 폐알카리를 싼 금속류로 처리할 수 있는 기술이다. 음이온 교환막 수전해 기술을 국내 최초로 개발하는 데 성공한 것인데, 수소를 만들었다.
수소 생산 시 경제성을 떨어뜨리는 정제수 사용을 획기적으로 줄일 수 있음
이번 기술은 더 발전된 형식인데, 그린수소 생산 방식인 수전해는 정제수(깨끗한 물) 기반의 전해질을 사용해왔다. 수전해를 통해 수소 1톤을 생산하기 위해서는 평균 약 9톤의 정제수가 필요하다. 9톤의 정제수를 얻기 위해서는 약 2배가량의 물이 요구된다. 이처럼 그린수소 생산에는 전기분해에 필요한 전력 외에도 막대한 양의 물이 요구되기 때문에, 사용되는 물과 관련한 비용 또한 가격경쟁력을 결정하는 중요한 요소가 된다.
폐알칼리는 페하(pH) 12.5 이상의 강알칼리성 폐기물로 정의된다. 주로 반도체 공장에서 나오는 폐수다. 디스플레이류를 만들 때도 나온다. 전자산업의 발전 등으로 배출량이 매년 증가하는 추세이다. 이번 연구에서 대단한 점은 폐알칼리를 직접 전해질로 사용한 수전해 핵심 원천 소재 및 부품을 상용 시스템에 모사한 단위셀에 적용했다는 점이다.
고전도 탄소층을 촉매 표면에 균일하게 코팅하는 복합촉매 개발
우선 비귀금속 촉매의 활성과 내구성을 동시에 확보하고자 고전도 탄소층을 촉매 표면에 균일하게 코팅한 복합촉매를 개발했다. 해당 촉매는 전극화 공정에도 높은 균일성을 보였으며, 음이온 교환막 수전해 단위셀 평가에서도 기존 전극 대비 약 2.8배 우수한 활성과 높은 고내구성을 나타냈다. 연구팀은 본 기술을 폐알칼리 전해질 기반 수전해 단위셀에 적용해 1420mA/㎠(비귀금속 적용, 2V 기준)의 높은 전류밀도를 달성했고, 수소를 원활하게 생산할 수 있는 전류밀도에서도 향상된 내구성을 보이는 걸 확인했다. 그결과, 폐알칼리 속에 존재하는 금속 이온의 분석을 통해 증가한 전해질 이온전도도가 수전해 성능을 향상시켰음을 밝혀냈다.
그린수소재료연구실에서 개발하고 있는 시스템
해수/폐양액/폐알칼리/중성전해질 특화형 고효율 비귀금속 촉매의 원천 기술을 가지고 탈 초순수 내 불순물에 의한 촉매 멤브레인 소재 단위 열화 기구 규명을 통해 그린수소 생산이 가능할 것으로 예상된다.
바닷물을 담수화한 다음 그 물로 수소를 만들겠다는 사우디
사우디아라비아는 석유 다음의 먹거리로 수소를 생각하고 있다. 그런데, 수소는 엄청난 양의 물이 필요하다. 그 물을 사우디는 해수 담수화 사업을 통해 진행하려 한다. 그런데, 위의 기술을 더 발전시키면, 해수에서 바로 수소를 만들 수 있는 기술까지 나아갈 수 있을 것으로 기대된다.
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