그린수소 생산 공정 코팅 1회로 "끝"…상용화 준비도 "끝"

한국재료연구원, 국내 첫 원스텝 전극제조…"비용 60% 절감"

그린수소 생산 공정을 혁신적으로 단순화할 수 있는 기술이 개발됐다. 상용화도 바로 가능하다는 것이 연구팀의 설명이다.

한국재료연구원(KIMS)은 에너지환경재료연구본부 최승목 박사 연구팀이 음이온교환막 수전해의 핵심 부품인 전극을 원료물질로부터 바로 양산 가능 수준으로 만드는 '원스텝 전극 제조 공정'을 국내 최초로 개발했다고 19일 밝혔다.

재료연 명신우 박사과정, 정재훈 연구원(이상 제1저자), 김양도 교수, 김치호· 최승목 박사(왼쪽부터).

연구팀은 이 기술을 상용 수준의 음이온교환막 수전해 스택에 적용하는 데 성공했다.

최승목 책임연구원은 "원스텝 열간 압착 공정을 사용해, 원료물질인 코발트 수산화물을 촉매인 코발트 산화물로 변환하면서 동시에 코팅 한번으로 고균일 촉매층을 형성하는 기술"이라고 설명했다.

기존 6단계 공정(수산화물-산화물-분쇄-분산-코팅-건조)을 한 번의 코팅으로 마무리할 수 있다는 것. 공정 단가를 60%정도 절감할 것으로 연구진은 기대했다.

연구팀은 온도와 압력을 세밀하게 조절, 10㎚ 크기의 균일한 산화물 입자로 구성된 촉매층을 제조했다.

또 개발된 전극을 음이온교환막과 수소발생촉매를 이용해 막전극접합체를 제조한 후, 상용 수준의 수전해 셀에서 안정성과 성능을 확인했다.

연구팀은 수소 발생 효율은 저위 발열량 기준 약 80%, 성능감소율은 연속 운전 1천시간 동안 2㎷/kh라고 설명했다.

음이온교환막 수전해 시스템 모식도(왼쪽) 및 장기 내구성 평가 그래프.

수전해를 통한 그린수소 생산량은 2030년까지 1천100만 톤, 69GW 용량을 가질 것으로 예상된다. 국내에서는 2030년을 목표로 ㎿급 수전해 시스템 상용화를 추진 중이다.

최승목 책임연구원은 “음이온교환막 수전해의 상용화 관련 난제 중 하나를 해결했다”며 “음이온교환막 수전해의 대량 양산이 가능해 단가를 크게 줄일 수 있을 것"으로 기대했다.