KIST, 귀금속 사용 낮춰 가격 저렴 '수소 투과율 5배↑'
기존 수소 정제 공정 효율성 및 가격 저감 기대

한종희 KIST 박사팀이 귀금속 사용을 최소화 하면서 기존 대비 5배 높은 수소 투과율을 갖는 분리막 개발에 성공했다.<사진=KIST 제공>
한종희 KIST 박사팀이 귀금속 사용을 최소화 하면서 기존 대비 5배 높은 수소 투과율을 갖는 분리막 개발에 성공했다.<사진=KIST 제공>
국내 연구진이 저비용 고효율로 수소 생산기술을 개발하는데 성공했다.

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 한종희·조영석 수소연료전지연구단 박사팀이 고가의 귀금속 사용을 최소화하면서 기존 대비 5배 이상 높은 수소 투과율을 갖는 고성능 복합분리막을 개발했다고 14일 밝혔다. 연구진에 따르면 개발한 분리막을 통해 정제된 수소는 99.999% 이상의 고순도로 수소전기차에도 바로 활용이 가능한 수준으로 나타났다. 

우리나라는 올해 초 수소경제 활성화 로드맵을 발표한 바 있다. 정부는 연간 2000대 수준인 수소전기차 보급을 2040년 620만대까지 확대하고 이에 필요한 수소 생산량도 526톤 이상으로 늘릴 계획이다. 

전 세계 수소 공급량의 90% 이상을 차지하는 추출 수소는 천연가스 등을 고온의 수증기로 열분해하는 방식을 사용한다. 하지만 고순도 정제를 위해 이산화탄소, 일산화탄소 등 불필요한 성분들을 흡착 제거하는 복잡한 공정이 필요하다. 이는 수소 가격상승의 요인이 되고 있다.

이에 간단하고 모듈화가 쉬운 분리막을 이용한 수소 정제기술이 주목받고 있지만 에너지 투입량 대비 성능이 좋지않고, 고가 귀금속 팔라듐을 기반으로한다는 점이 약점으로 작용해왔다.

KIST 연구진은 높은 수소 투과도 및 순도와 경제성을 함께 갖춘 금속 복합 분리막 소재를 개발하던 중 주기율표 5족에 속하는 전이금속들에 팔라듐을 얇은 두께로 증착시켰다. 그 결과 5족 금속의 높은 수소 투과율과 팔라듐의 우수한 수소 분리 특성을 동시에 구현하는 금속 복합 분리막을 제작했다. 

또 분리막 표면 반응성을 고려한 새로운 수소 투과 모델에 따른 실험 결과, 기존에 알려진 금속 복합 분리막의 수소 투과율 계산이 수소 용해도와 확산도를 잘못된 온도 영역에서 합산하며 발생한 오류라는 사실을 밝혀냈다.      

조영석 박사는 "연구팀이 제시한 수소 투과 모델과 분리막 실험 결과가 금속 복합 분리막의 투과 특성을 새롭게 이해하는데 도움이 되기를 바란다"라고 말했다.

한종희 소장은 "국내 연구진이 개발한 수소 정제 원천기술이 기존 수소 정제 공정의 효율성 개선과 수소 가격 저감에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"라고 덧붙였다.

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