기계연-중앙대, 빠르고 소음 줄인 ‘도심 수소충전용’ 압축기 개발

효율성 높이고 소음은 줄여… 기존 압축기 단점 보완
‘에너지 제로 하우스’ 실현도 가능

한국기계연구원과 중앙대학교가 공동 개발한 전기화학적 수소 압축기 모습. /한국기계연구원 제공

한국기계연구원(기계연)은 전기화학 반응을 이용해 수소를 압축하는 ‘전기화학적 수소 압축기’ 개발에 성공했다고 17일 밝혔다.

압축기 개발은 기계연 탄소중립기계연구소 열에너지솔루션연구실과 중앙대 김민성·김동규 교수 연구팀의 공동 연구로 진행됐다.

압축기는 수소로 전기를 만드는 연료전지의 특성을 역으로 활용했다. 연료전지에 사용되는 분리막에 전류를 가해 수소만 추출하는 식이다. 전기화학 반응으로 발생한 수소는 장치 내부를 통과해 후단부에 쌓이면서 압축된다.

연구팀은 수소 압축 시 고압에도 장치가 견딜 수 있도록 내부 구조를 설계하고, 내부 표면처리를 통해 에너지 손실을 방지했다.

수소 자동차에 연료를 주입하기 위해선 수소가 700기압의 압력으로 압축돼야 한다. 하지만 기존 수소 충전소 저장 탱크는 적정 압력에 도달하기까지 대기시간이 길다는 문제점이 있었다. 수소경제 활성화를 위해선 빠르고 효율적인 수소 압축 기술이 필수다.

피스톤 등 물리적 방식을 활용하는 기계식 압축기도 있지만 내구성이 불안하고 효율이 낮다는 문제가 있다. 기계식 압축 과정에서 장치에 사용된 윤활유가 섞이고, 큰 소음이 나는 문제도 있었다.

연구팀은 전기화학 반응을 이용한 압축기로 수소 정제와 압축을 동시에 수행할 수 있고, 오염 없이 수소를 확보할 수 있다고 설명했다. 전류를 가하기만 하면 수소 추출·압축이 모두 가능하기 때문에 소음 측면에서도 뛰어나다는 평가다. 또 기존 압축기에 비해 작은 부피로 만들어져 협소한 곳에도 설치할 수 있다. 상용화만 가능하다면 외부로부터 에너지를 공급받지 않고 자체적으로 에너지를 생산·사용하는 ‘에너지 제로 하우스’ 실현도 가능할 전망이다.

윤석호 기계연 열에너지솔루션연구실 실장은 “전기화학적 수소 압축기는 기존 기계식 압축기보다 공간 효율이 높고 소음이 없는 것이 큰 장점”이라며 “기술 상용화에 이를 수 있도록 압축기 성능을 향상시킬 것”이라고 말했다. 이번 연구는 산업통상자원부의 ‘전기화학적 압축기를 이용한 화학 흡착식 히트펌프 개발’ 지원을 받아 수행됐다.

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