기계硏, 신개념 수소압축기 개발…도심 수소충전시대 연다

수소차 충전 모습.[123RF]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 전기화학 반응을 이용하여 수소를 압축하는 전기화학적 수소 압축기 개발에 성공했다. 도심 수소충전소 확대를 위한 기반 기술이 될 것으로 기대된다.

한국기계연구원 탄소중립기계연구소 윤석호 박사, 중앙대 김민성, 김동규 교수 공동연구팀은 수소로 전기를 만드는 연료전지의 특성을 역으로 활용, 연료전지에 사용되는 분리막에 전류를 가해 수소만을 추출하는 방식으로 수소 압축기 개발에 성공했다.

전기화학 반응을 통해 수소가 장치를 통과하는 과정을 반복하면 장치 후단부에 수소가 쌓이면서 압축이 이루어진다. 연구팀은 수소 압축시 고압에도 장치가 견딜 수 있도록 장치 내부 구조를 설계하고, 내부 표면처리를 통해 에너지 손실을 방지하여 압축 효율을 극대화했다.

수소차에 수소를 저장하기 위해 수소가 700기압의 압력으로 압축돼야 하므로 수소 충전소에는 그 이상의 압력으로 수소를 압축한 후 수소를 공급해야 한다. 수소를 충전하면 충전소 저장탱크의 압력이 떨어지기 때문에 압력을 높이기 위한 대기시간이 필요하다. 빠르고 효율적인 수소 압축 기술은 대기시간을 줄일 수 있어 수소 공급망 구축에 필수적이다.

피스톤 방식을 포함해 여러 물리적 방식을 활용하는 기존 기계식 압축기의 경우 내구성이 불안하고 효율이 낮다는 단점이 있다. 또한 압축 과정에서 사용된 윤활유가 섞이는 등 수소가 오염될 수 있으며 소음이 크게 발생해 개선이 필요했다.

한국기계연구원이 개발한 전기화학식 수소 압축기.[한국기계연구원 제공]

반면 수소 정제 및 압축을 동시에 수행하는 전기화학적 압축기를 사용하면 오염 없이 99.99%의 수소를 추출, 고압으로 압축할 수 있다. 또한 압축기를 확장해 원하는 규모의 수소를 추출･압축할 수 있다.

이 압축기는 부피가 작아 공간이 협소한 곳에서도 사용할 수 있다. 최근 LPG 충전소에 수소 충전소를 같이 설치하려는 시도가 있으나, 고압 압축기의 크기 제한으로 어려움을 겪고 있는데, 전기화학적 압축기를 활용하면 공간적 어려움을 해소할 수 있을 것으로 기대된다.

또한 공간적 이득 뿐 아니라 정숙성도 갖추고 있어 도심에서 수소충전소를 설치하는데 매우 유리하다. 수소충전소가 아니더라도 수소 압축이 필요한 곳이라면 어디든 소규모 압축시스템을 구축할 수 있으며, 최근 주목받고 있는 도심형 에너지 제로 하우스에도 적용 가능하다.

윤석호 박사는 “전기화학적 수소 압축기는 기존 기계식 압축기보다 공간 효율이 높고 소음이 없는 것이 큰 장점”이라며 “기술 상용화에 이를 수 있도록 압축기의 성능을 향상해 도심지역 수소 충전소 보급을 넘어 수소사회 활성화에 기여하겠다”고 말했다.

nbgkoo@heraldcorp.com