에너지연, 고성능 분리막 수소 생산·정제 핵심기술 개발

천연가스·바이오매스를 포함한 합성가스에서 고순도 수소를 생산하고 정제하는 핵심 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국에너지기술연구원(원장 곽병성)은 효율적으로 수소를 생산 및 정제할 수 있는 '복합막 형태 팔라듐 분리막 기반 수소 생산·정제 핵심 기술'을 개발하는데 성공했다고 20일 밝혔다.

현재 널리 이용되는 수소생산 기술은 촉매반응을 적용한 메탄 수증기 변환 방식이다. 메탄을 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스로 전환한 뒤, 분리·정제 공정으로 고순도 수소를 생산하는 방식이다. 그러나 700~900도 고온에서 운전해 효율성이 낮다.

팔라듐 분리막의 구조 및 수소투과에 대한 용해-확산 메커니즘
팔라듐 분리막의 구조 및 수소투과에 대한 용해-확산 메커니즘

이 때문에 500~500도 저온에서 운전 가능하도록 '팔라듐 분리막'을 활용하는 방법이 나왔다. 팔라듐 분리막은 수소만 선택 분리·정제하는 역할을 한다. 지지체 위에 팔라듐을 코팅하는 방법이 유행인데, 실제 산업에 적용할 수 있도록 얇으면서 미세구멍(핀홀) 없이, 수소만 투과하게끔 코팅하는 것은 매우 어려운 기술로 평가받는다.

연구팀은 팔라듐을 5마이크로미터(㎛) 이하 두께로 코팅하면서 우수한 수소 정제가 가능하도록했다. 이미 직경 1인치, 길이 45㎝의 팔라듐 분리막을 제조하는데 성공했으며, 분리막이 적용된 10Nm3/h(시간당 뉴턴세제곱미터)급 수소정제기도 개발했다.

이신근 에너지소재연구실 책임연구원은 “팔라듐 분리막 수소 생산·정제 기술은 기존 화석연료 기반 수소 생산 방식에 접목해 효과적으로 반응효율을 증진시킬 수 있는 기술”이라며 “향후 재생에너지 및 친환경에너지원을 이용한 수소 생산방식에서 효율 향상을 위해 핵심적으로 적용할 수 있다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com