국내 연구진이 천연가스, 바이오매스를 포함한 합성가스에서 고순도 수소를 생산하고 정제 할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 온실가스 감축과 친환경 에너지 확산을 위한 수소 생산을 쉽게 할 수 있다.

한국에너지기술연구원은 효율적 수소 생산과 정제가 가능한 ‘복합막 형태의 팔라듐 분리막 기반 수소 생산·정제 핵심 기술’을 개발했다고 20일 밝혔다.

복합막 형태의 팔라듐 분리막 및 개발된 모듈 /한국에너지기술연구원 제공

이 기술은 500~550℃의 낮은 온도에서 운전이 가능하고 별도의 정제 공정을 추가하지 않아도 합성가스 중 수소만을 선택적으로 분리·정제한다. 합성가스에서 수소만 분리해내기 때문에 남아있는 이산화탄소를 보다 쉽게 포집하는 특성이 있다.

이는 고순도의 수소를 생산함과 동시에 온실가스 감축 효과를 높일 수 있다는 의미다. 팔라듐 분리막은 포일형태의 분리막과 다공성지지체 위에 박막의 팔라듐을 코팅하는 복합막으로 나뉜다. 포일형태의 분리막의 경우 이미 상용화됐으나 두께가 두꺼워 단가가 높고, 수소투과도가 낮은 것이 단점이다.

반면, 복합막은 팔라듐 두께를 얇게 형성할 수 있어 수소 생산·정제공정에 적용하기 위한 모듈화가 용이해 세계적으로 연구가 활발하다. 그러나 팔라듐을 얇으면서도 핀홀(미세구멍) 없이 수소만 투과하게 코팅하는 기술이 어려워 실제로 구현하기 힘들다.

연구진은 이같은 고순도 수소 생산의 어려움을 해결하기 위해 팔라듐 분리막 코팅 공정의 핵심 ‘무전해도금법’을 독자적으로 개발했다. 이 기술을 이용하면 도금액 내에 포함된 팔라듐을 기존의 방식보다 10% 가량 높은 99.5% 이상 활용할 수 있다.

특히 현재 판매되고 있는 팔라듐 포일막 대비 3~5배 낮은 5 마이크로미터 이하의 두께로 코팅해도 수소 정제가 가능하다. 연구진은 확산방지막 코팅 기술을 적용해 원통형 금속 표면에 100나노미터(머리카락 두께의 1/1000) 이하의 매우 얇은 세라믹 막을 균일하게 입혔다.

이신근 책임연구원은 "팔라듐 분리막 수소 생산·정제 기술은 향후 재생에너지 및 친환경에너지원을 이용한 수소 생산방식에서 효율 향상을 위해 핵심적으로 적용할 수 있다"며 "현지 공급형(On-Site) 고순도 수소 생산·정제 분야에 중요한 역할을 할 것으로 기대한다"고 밝혔다.

김태환 기자(topen@chosunbiz.com)

<저작권자 ⓒ ChosunBiz.com, 무단전재 및 재배포 금지>