켄텍, 비귀금속 기반 고성능 전극 기술 개발

기존 백금·루테늄 중심 연구에서 벗어나 망간 등 활용

[데일리한국 안희민 기자] 김창희 한국에너지공대(켄텍)가 그린수소 경제성 확보에 수전해 CAPEX 경감이 필수적이라고 보고 비귀금속 전극 개발에 나선 것으로 30일 파악됐다.

김 교수는 최근 동해에서 개최된 제5회 그린수소 컨퍼런스에서 ‘변동성 재생에너지 최적대응을 위한 고성능 수전해 전극·시스템 기술’을 발표했다.

김 교수에 따르면 그린수소의 생산 단가를 낮추기 위해 수전해설비의 자본비용(CAPEX)을 줄이는 것이 필수적이다.

수전해 장치의 용량을 재생에너지 설치 용량의 20% 이내로 설계하면 수전해 운영률을 50% 이상 확보해 경제성을 높일 수 있다.

중국 수전해 시스템은 낮은 인건비와 저렴한 소재·부품 사용으로 초기 가격이 낮으나 부하 변동에 대한 장치 내구성이 부족해 실제 운전 효율이 낮다.

실제로 중국 시노펙의 쿠차 프로젝트의 경우 유연성 문제로 인해 실제 운전 부하가 설치용량의 3분의 1에도 미치지 못한다. 낮은 효율로 인한 추가 전력 비용과 장치 전환 비용을 종합하면 중국산 시스템은 유럽산 수전해 시스템 대비 총비용이 16% 더 발생한다.

재생에너지 변동성은 수전해 스택 내 잦은 부하 변동과 역전류를 유발해 전극 부식·전극 코팅 손상·역전류에 의한 비가역적 산화 등의 원인이 된다.

특히, 저부하 구간에서 운전하거나 고압 운전을 할 경우, 수소와 산소가 혼합되는 가스 교차 현상이 발생해 폭발할 위험도 있다. 사우디 네옴시티 프로젝트에서도 이 같은 유연성 부족 문제가 불거져 청정수소 시장 성장이 주춤하고 있다.

그래서 김 교수는 기존 백금(Pt)·루테늄(Ru) 등 귀금속 중심의 연구에서 벗어나 비귀금속 소재를 기반으로 부하 변동과 역전류에 견디는 전극 기술을 개발하고 있다. 전이금속 결합 제어를 통해 부하 변동 시 전극의 구조적 안정성을 향상시켰다.

망간(Mn) 등 양극물질이나 산화물 조촉매(PbxOy)를 도입해 역전류가 발생했을 때 전극이 영구적으로 산화돼 망가지는 것을 방지하는 기술을 확보했다.

김 교수는 재생에너지의 변동성을 흡수하려면 빠른 응답 특성, 운전 부하 범위 확대, 소재 내구성 등 유연성 확보와 장치 가격 저감·장기 실증 운전 데이터 확보와 투명 공개가 필요하다고 분석했다.

출처 : 데일리한국(https://daily.hankooki.com)