[더테크 이지영 기자] 그린수소가 차세대 청정에너지원으로 주목받는 가운데, 한국과학기술연구원(KIST)이 낮은 알칼리 조건에서도 안정적으로 작동하는 새로운 수전해용 막 소재를 개발했다.
그린수소를 안정적이고 경제적으로 생산하기 위한 핵심 기술로 수전해가 꼽히지만, 높은 설비 비용과 유지보수 부담은 여전히 상용화의 장벽으로 남아 있다. 특히 기존 수전해 기술은 고농도 알칼리 환경을 필요로 해 장기간 운전 시 성능 저하와 운영 비용 증가 문제가 지적돼 왔다.
이 같은 한계를 해결하기 위해 한국과학기술연구원 수소·연료전지연구단 헨켄스마이어디억(Dirk Henkensmeier) 박사 연구팀은 저농도 알칼리 환경에서도 안정적으로 작동하는 새로운 수전해용 막 소재를 개발했다. 해당 막은 낮은 알칼리 조건에서도 수소 생산 성능을 유지할 수 있어 ‘저알칼리 수전해’ 기술 구현의 핵심 기반이 될 것으로 기대된다.
연구팀이 개발한 막은 장시간 운용 시 성능 저하가 발생하기 쉬운 기존 구조를 개선해 전해질을 안정적으로 흡수하도록 설계됐다. 실제 실험 결과, 고온 조건에서도 장기간 성능 저하 없이 안정적인 작동을 유지했으며 수소와 산소를 효과적으로 분리해 안전 기준을 충족했다. 또한 낮은 알칼리 환경에서도 이온 이동이 원활하게 이뤄져 기존 상용 막 대비 높은 수소 생산 성능을 기록했다.
특히 이 막은 저가 촉매 적용이 가능하고, 전해조를 더 낮은 전압에서 운전할 수 있다는 점이 강점이다. 이에 따라 수전해 공정에서 큰 비중을 차지하는 전력 소모를 줄일 수 있고, 막 교체 주기가 길어져 유지보수 부담도 완화된다. 이는 수전해 설비의 초기 투자비와 운영비를 동시에 낮춰 그린수소 생산 단가 절감으로 이어질 수 있다.
이번 기술은 하나의 막으로 다양한 수전해 시스템에 적용할 수 있는 ‘저알칼리 이온 용해막 수전해’ 방식으로, 설비 운영의 유연성을 높이는 동시에 그린수소 생산 비용 절감에 기여할 수 있다. 현재 수전해 핵심 막 소재 시장을 미국·캐나다·유럽 기업들이 주도하고 있는 상황에서, 이번 성과는 국산 핵심 소재 확보와 수입 대체 효과를 동시에 기대할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 나아가 수소 생산 국가를 대상으로 한 기술 수출 가능성도 열었다는 평가다.
헨켄스마이어디억 박사는 “그동안 수전해 기술은 성능, 안정성, 비용 사이에서 선택의 한계가 있었는데 이번 연구는 이를 동시에 개선할 수 있는 방향을 제시했다”며 “그린수소 생산 비용을 낮추고 한국이 수전해 기술 경쟁력을 확보하는 데 기여하길 기대한다”고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST 주요사업과 EU H2020 사업(NEXTAEC, 862509) 등을 통해 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 에너지 (IF 60.1, JCR 분야 상위 0.3%)'에 게재됐다.
