국내 연구진이 물을 전기분해해 수소를 만든 후 이를 저장, 수소연료전지로 활용하는 `수전해전지 기술`을 개발했다.
김건태 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수와 신지영 동의대 기계공학과 교수(이하 김 교수팀)가 수소연료전지 동작 반응을 역으로 이용, 전기에너지로 수소를 대량 생산하는 `고체산화물 수전해전지(SOEC)` 개발에 성공했다.
수소연료전지는 수소를 공기 중 산소와 결합, 전기와 물을 만든다. 반면에 수전해전지는 물을 전기로 분해, 수소와 산소를 생산하는 전지다.
고체산화물 전지는 이론상으로 연료전지와 수전해전지 기능을 함께 구현할 수 있다. 하지만 두 기능을 한데 집적화해도 동시에 안정 작동하는 경우는 드물었다.
김 교수팀은 SOEC 연료극(양극)과 공기극(음극)에 이중층 페로브스카이트 소재를 적용, 이를 해결했다.
이중층 페로브스카이트를 적용한 SOEC를 테스트한 결과 1시간에 가로·세로 각 1㎝ 크기의 단위 면적 당 약 0.9리터의 수소를 생산했다. 기존의 수전해전지 대비 1.5배 이상 높은 수소 생산량이다. 또 600시간 이상 사용해도 성능 감소 없이 계속해서 수소 생산 효율을 나타냈다.
SOEC의 또 다른 장점은 이산화탄소(CO₂) 배출 없이 수소를 생산한다는 것이다.
현재 90% 이상의 수소가 탄화수소로 만들어지기 때문에 CO₂ 배출을 피할 수 없다. SOEC는 물과 전기만 이용하기 때문에 CO₂가 나오지 않는다.
이에 따라서 SOEC를 태양열, 풍력 등 신재생 에너지와 연계하면 전기에너지 생산과 공급, 수소 생산까지 전 범위에서 CO₂ 없는 친환경 에너지 시스템을 구축할 수 있다.
김 교수는 “SOEC는 전기를 수소 에너지로 변환해 저장할 수 있기 때문에 기후 조건에 따른 신재생 에너지 생산량 변화의 단점을 극복할 수 있다”면서 “수소 스테이션 등 수소 에너지 인프라에 적용하면 온실가스 감축 부담 절감은 물론 수소경제 시대를 앞당길 수 있을 것”이라고 말했다.
연구 결과는 `앙게반테 케미`의 `가장 주목받는 논문`으로 선정돼 오는 26일자에 실린다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
