수소에너지가 미래 환경 및 에너지 문제를 해결할 유력한 대안으로 떠오르고 있는 가운데 물을 이용해 고온에서 수소를 추출하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국에너지기술연구원(원장 황주호)은 신재생에너지를 통해 고온·고압의 폐열과 수증기를 재활용할 목적으로 평관형 고체산화물 스택을 이용한 고온수전해 수소제조 기술을 세계 최초로 확보했다.

에너지기술연구원 우상국 박사 연구팀은 기존의 평판형(plate type) 셀과 원통형(tubular type) 셀의 장점을 동시에 취한 평관형 고체산화물셀(Flat-tubular solid oxide cell)을 개발함으로써 평판형 셀에 비해 강도가 우수하고 밀봉이 용이하며 원통형 셀에 비해 적층이 용이하고 집적도가 높은 독자적인 세라믹 셀 개발에 성공했다.

개발된 평관형 고체산화물 수전해 장치는 평평하고 얇은 튜브형 셀을 이용한 세계 유일의 고온형 수전해 스택으로 850℃ 이상의 고온에서 물로부터 시간당 200L 이상의 수소를 만들어내는 시스템이다.

이 같은 고온형 수전해 수소생산 방식은 80℃ 이하의 저온형 수전해 방식에 비해 약 15% 이상 효율이 높다.

이 기술은 세라믹 연결재가 평관형 단위셀에 일체형으로 제작돼 별도의 금속성 연결재 없이도 스택을 적층할 수 있어 집적도가 매우 높다.

또한 금속의 부식 현상으로 인한 성능저하를 극복할 수 있고 가볍고 조밀한 모듈을 구성할 수 있어 경제성이 뛰어나다.

현재 한국 특허를 포함한 14건이 국내 특허로 등록됐고 16건이 국내외 출원된 상태다.
우상국 박사 연구팀은 최근 평관형 단위셀 10장을 적층한 스택을 이용해 2000시간 연속운전을 성공적으로 수행했으며, 200L/h 수소 제조용 스택모듈 개발에 성공했다.

향후 350L/h 대용량제조기술 개발에 성공할 경우 국내외 수전해 기술의 선두주자로 자리매김할 수 있을 것으로 예상된다.

우상국 박사는 “화석연료로 수소를 만들 경우 한정된 자원을 사용할 뿐 아니라 필연적으로 오염물질을 배출하기 때문에 장기적으로는 지양해야 할 방법이다”며 “신재생에너지를 이용해 수소를 만들어내는 방법 중 고온수전해 수소 생산 기술이 경제성 측면에서 우수하기에 미래 수소 생산 기술의 중심이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이 기술은 교육과학기술부 수소프론티어사업단(단장 김종원) 주관으로 수행된 결과다.