암모니아·메탄·태양광으로 수소 만드는 기술 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (173)

출처=nulifeventures.com

전기를 만들어 내는 친환경 미래 에너지 솔루션으로 태양광 다음 떠오른 것이 바로 수소입니다. 수소는 공해물질을 발생시키지 않는 청정 에너지이자, 지구 어디든 존재하는 무궁무진한 자원이기도 합니다. 특히 수소는 질량 1g당 발열량이 석유보다 3배 이상 높은 효율적인 에너지인데요. 이와 같은 장점 때문에 수소가 미래의 주요 에너지원이 될 것이라고 많은 전문가는 예측하고 있습니다.

머지않아 우리 생활에 없어서는 안 될 중요한 요소가 될 수소 에너지를 좀 더 효율적이고 저렴하게 생산하기 위해 많은 연구가 이뤄지고 있는데요. 만드는 방식에 따라 현재 석유화학 공정에서 부산물로 생기는 부생 수소, 천연 가스에서 직접 추출하는 추출 수소, 물을 전기분해해 얻는 수전해 수소 기술 등이 있습니다.

이 외에도 적은 비용으로 효율적으로 수소를 만들어 내기 위하여 다양한 연구가 이뤄지고 있는데요. 오늘은 수소를 만드는 방법 중에서도 최근 주목받고 있는 기술에 대해 알아보도록 하겠습니다.

◆암모니아에서 순도 99.99% 수소 생산

암모니아 기반 수소 추출장치. 출처=한국과학기술연구원(KIST)

암모니아에서 고순도 수소를 대량으로 생산하는 기술도 개발됐는데요. 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 암모니아는 수소보다 훨씬 높은 온도에서 액화시킬 수 있고, 액상 암모니아는 액체 수소보다 같은 부피로 1.5배가량 더 많은 양의 수소를 저장(수소 저장밀도 108kg-H₂/㎥)할 수 있다는데요. 하지만 암모니아에서 고순도의 수소를 추출하고 이를 연료전지와 연계해 전기를 생산하는 연구는 상대적으로 개발이 미흡했습니다.

KIST 연구팀은 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 촉매의 효율을 높이면서 저렴한 비용으로 생산할 수 있는 수소 분리막 소재를 개발했습니다. 수소 분리에 사용되는 공정(PSA)을 거치지 않아도 순도가 99.99% 이상으로 높아 바로 전력 생산에 이용할 수 있으며, 생산 속도는 기존 기술 대비 2배 이상 빨라졌습니다.

◆메탄가스를 수소와 흑연으로 전환

하수 처리장에 짓고 있는 수소 생산시설. 출처=호주 재생에너지국

호주의 신재생 에너지 기업인 헤이저 그룹은 하수 처리장에 수소 생산시설을 짓고 있는데요. 바로 하수 처리장에서 나오는 메탄가스를 수소로 전환하기 위해서입니다. 기존 수소 생산방식인 화석연료와 전기를 사용하지 않고, 하수 처리장에서 나오는 바이오가스와 가격이 저렴한 철광석을 촉매로 사용해 수소를 생산하는데요. 부산물은 흑연으로 만들어져 환경 오염이 적다는 평가입니다.

이 시설은 2021년부터 가동된다고 합니다.

◆AI와 태양광으로 카본 프리 수소 생산

헬리오젠 태양광 발전 시스템. 출처=헬리오젠(Heliogen)

미국의 친환경 스타트업(신생 벤처)인 헬리오겐은 인공지능(AI)을 이용해 1000도 이상의 온도를 만들어 내는 태양광 발전 시스템을 개발했는데요. 이는 시멘트와 철강, 유리 등 높은 열을 필요로 하는 산업에서 화석연료를 대체하는 청정 에너지로 주목받고 있습니다.

또한 추가적인 기술 개선을 통해 1500도까지 도달할 수 있다고 밝혔는데요. 1500도에 도달하면 물로부터 수소 분자를 분리해 배출 가스 없는 수소 기반의 연료를 만들어낼 수 있습니다.

출처=reneweconomy.com.au

이와 같이 지구 온난화를 극복하는 데 새로운 솔루션이 될 수소 에너지 개발을 위해 다양한 기술이 개발되고 있는데요. 한화솔루션도 현재 소금물을 분해해 염소와 가성소다를 추출하는 기술을 바탕으로 오는 2023년을 목표로 물을 전기분해해 수소를 만드는 수전해 기술을 연구·개발(R&D)하고 있습니다.

또한 지난달 3일 강원도, 한국가스기술공사와 ‘강원도 수소산업 생태계 경쟁력 강화’를 위한 업무협약(MOU)을 맺었는데요. 강원도 대관령면에 연간 290t의 ‘그린 수소’를 생산할 수 있는 수전해 시설과 수소 충전소를 구축한다는 내용을 담고 있습니다.

태양광부터 수소까지 지속가능한 미래를 위한 신재생 에너지 개발을 위해 노력하는 한화솔루션에 많은 응원 주길 바랍니다.

한화솔루션 블로거

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