고려대, 그린수소 생산 효율 제고 기술 개발

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구팀이 수소 생산 기술인 ‘음이온 교환막 수전해’ 기술의 성능·내구성을 높이는 연구 성과를 내놨다.

왼쪽부터 고려대 화공생명공학과 유승호 교수, KIST 수소 연료전지연구단 이소영 책임박사, 고려대 화공생명공학과 최영빈 석사연구원, KIST 수소 연료전지연구단 이주연 박사후연구원(사진 제공=고려대)

고려대는 유승호 화공생명공학과 교수팀이 이소영 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀과의 공동 연구에서 이러한 성과를 거뒀다고 10일 밝혔다.

수전해 기술은 물을 전기로 분해해 고순도 수소를 생산하는 기술이다. 기존 알칼라인 수전해(AWE) 방식에선 저렴한 소재가 사용되고 있다. 하지만 구조적 특성으로 인해 수소와 산소가 섞일 수 있어 효율·안전성에 한계가 있었다.

이런 문제로 최근에는 음이온 교환막 수전해 기술이 주목받고 있다. 다만 해당 기술은 높은 온도와 강한 알칼리 환경에선 안정적으로 작동하기 어렵다는 단점이 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 다층 구조의 멤브레인을 설계했다. 가운데에는 기계적 지지 역할을 하는 지르폰(Zirfon) 분리막을 두고, 양쪽에는 서로 다른 기능의 고분자 막을 결합한 ‘TFA(Thin Film Assembled)’ 구조를 적용했다. 한쪽 막은 강한 알칼리 환경에서도 안정적 구조를 유지하도록 설계하고 다른 쪽은 이온 이동을 원활하게 해 수전해 반응 효율을 높인 것이다.

연구팀이 개발한 기술을 적용한 결과 기존 대비 수소 가스 투과도를 10배 이상 낮춰 수소와 산소가 섞이는 현상이 크게 감소하는 것으로 나타났다. 또한 높은 전류에서도 안정적인 수소 생산 성능을 유지했으며 저렴한 비귀금속 촉매를 사용한 실험에서도 높은 성능을 보였다.

연구팀은 “이번 연구는 수전해 기술에서 동시에 해결하기 어려웠던 가스 차단성, 이온 전도성, 기계적 안정성을 함께 개선했다는 점에서 의미가 있다”며 “향후 대규모 그린수소 생산 시스템과 재생에너지 기반 수전해 설비 개발에서 이번 연구 결과가 중요한 기반이 될 것”이라고 기대했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 저명 국제학술지(Advanced Composites and Hybrid Materials)에 게재됐다.