바닷물에서 수소 직접 생산 기술개발

에너지연은 직접해수전해에서 별도의 전해질을 사용하지 않고 해수 산성화를 통해 무기침전물 형성을 없애는 기술을 개발했다. 사진은 양극성 막을 사용해 무기침전물 형성이 억제된 투명한 상태의 해수 모습. 에너지연 제공

무한한 수자원인 '바닷물'에서 별도의 전해질을 쓰지 않고 수소를 직접 생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 친환경 수소생산 기술인 '직접해수전해'의 대용량화와 해상풍력과 연계한 해양수소생산을 위한 기술로 활용 가치가 높다는 평가를 받고 있다.

한국에너지기술연구원은 한지형 박사 연구팀이 바닷물에서 바로 수소를 생산할 때 해수 산성화를 유도해 분산형 무기침전물을 완전히 억제하고, 전극 계면에서 무기침전물의 성장 속도를 감소시켜 직접해수전해의 성능과 안정성을 높이는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

직접해수전해는 바닷물을 전해액으로 사용해 해수담수화나 초고순도 공정에 필요한 시설 없이 바다가 인접한 곳에서 수소를 생산하는 친환경 기술이다.

일반적으로 물을 전기분해해 수소를 생산하는 수전해 설비는 초고순도 정제수나 불순물이 없는 수산화칼륨 용액을 전해액으로 사용한다. 하지만, 수소 1톤을 생산하려면 9톤의 정제수가, 1톤의 정제수를 얻기 위해선 2톤의 물이 필요하다. 1톤의 수소 생산에 약 18톤의 물이 필요한 셈이다.

직접해수전해는 바닷물을 바로 전해액으로 사용하기 때문에 관련 비용과 환경 문제를 최소화할 수 있다. 다만, 수소 생산 과정에서 해수에 포함된 마그네슘 양이온이 반응해 무기침전물이 생성되는 데, 해수전해의 전류밀도를 크게 감소시키고, 흐름 기반의 스택 개발에 걸림돌으로 작용해 왔다.

연구팀은 물 해리반응이 일어나는 양극성 막을 격막으로 사용해 추가 화학물질을 사용하지 않고, 바닷물을 산성화시켜 무기 침전을 제어하는 데 성공했다. 양극성 막을 이용해 물 환원반응과 무기침전 반응, 물 해리반응의 상호작용을 통해 바닷물을 산성화시킨 것이다.

한지형 에너지연 박사는 "직접해수전해의 성능과 안정성을 높일 수 있는 원천기술을 확보한 것으로, 바닷물의 수소 생산 걸림돌을 없애는 데 기여할 것"이라며 "고 말했다.

이 연구결과는 화학공학 분야 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr