세계는 기후변화로 인해 탄소 중립 달성에 발 빠른 움직임을 보인다. 탄소 배출 관련 구체적인 목표는 2018년 환경부가 발표한 '기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)'의 '1.5℃ 특별보고서'에서 처음 발표됐다. 세계는 2050년까지 배출한 온실가스를 다시 흡수해 순배출량을 '제로(0)'로 만드는 '넷 제로(Net Zero)' 달성을 목표로 세웠다.
한국도 넷 제로를 목표로, 수소 경제를 위해 정부, 기업, 지자체 간 유기적인 결합을 통해 생산, 모빌리티 분야에 수소 경제 확대를 위해 지원을 아끼지 않고 있다.
올해 환경부는 수소차 및 수소 충전소 설치사업 예산을 확대하고, 국토부는 수소 시범도시 조성사업을 위해 수소 R&D 특화도시 선정, 수소 도시 조성 계획 등 수소 인프라와 수소 경제를 확대해 나갈 계획이다.
LT소재(엘티소재)도 발맞춰 글로벌 수소 에너지 전환에 대비하기 위해 2018년 수소연료전지 소재 사업을 차세대 성장 동력으로 설정하고 스택 부품 중 국산화가 이뤄지지 않은 GDL(Gas Diffusion Layer) 개발을 착수했다.
LT소재 연구소는 2018년 개발을 시작으로 약 4년간 특허출원 12건, 특허등록 6건 등 독자적인 기술력 확보를 통해 양산설비 투자를 진행했으며, 2021년에는 충주공장에 롤투롤(Roll-to-Roll) 생산라인을 구축, 양산에 돌입했다.
GDL은 분리판을 통해 공급된 기체(H₂, Air)를 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly)로 전달하고, 생성된 물은 분리판으로 배출하는 고기능성 탄소 소재로, 카본페이퍼(Gas Diffusion Substrate)와 미세기공층(Micro Porous Layer) 구조로 돼 있다.
GDL은 초핑된 탄소섬유를 이용해 습식제조 공정으로 부직포 형태 초지를 제조하고 수지함침, 2000℃ 이상 흑연화 공정을 통해 완성된 GDS 위에 MPL을 코팅해 완성한다.
LT소재는 초지제조 공정부터 MPL 코팅 공정까지 독자적인 연구개발을 지속해서 수행해왔으며, 노하우 및 기술력이 접목된 롤투롤 제조 라인을 보유하고 있다. 특히 초지제조 공정의 고농도 탄소섬유 분산기술과 MPL 표면제어기술이 주목을 받고 있다. 습식 부직포 제조 공정에서 탄소섬유를 단계적으로 분산하는 기술을 적용해 탄소섬유 분산도 개선과 함께 고농도 탄소섬유 분산액 제조기술을 확보했으며, 향후 친환경 리사이클 시스템을 구축할 계획이다.
MPL 표면은 촉매층과 맞닿기 때문에 촉매층과 접촉저항을 감소시키면서 우수한 기체 투과도를 확보하는 것이 중요하다. MPL 표면 크랙 및 1마이크로미터(㎛) 이하 미세공극 비율을 제어하는 독자적인 기술을 개발해 다양한 사양의 GDL 제품에 적용하고 있으며, 해당 기술력을 바탕으로 연료전지 시스템의 운전조건(저습·고습)에 최적화된 제품과 고성능 연료전지의 높은 전류밀도 운전조건에 특화된 제품을 보유하고 있다.
아울러 수소 에너지가 신성장동력으로 떠오르는 만큼, LT소재는 수소전기차, 도심항공 모빌리티(Urban Air Mobility), 건물에 적용되는 고분자전해질연료전지(Proton-Exchange Membrane Fuel Cells)용과 지게차, 카트 등에 적용되는 직접메탄올연료전지(Direct Methanol Fuel Cell)용 등에 특화된 GDL 개발 및 제품을 론칭했다. 또 고강성 및 고내구성이 요구되는 인산연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell)용과 수전해(Proton Exchange Membrane Water Electolyzer)용 GDS 개발도 완료했다. 전 세계가 목표로 하는 넷 제로 달성을 위해 LT소재는 각 분야 수소연료전지시스템과 수전해시스템에 적용할 GDL 소재 개발에 박차를 가하고 있다.
용인=김동성기자 estar@etnews.com
