■ 한전, 그린수소 생산 위한 수전해 기술개발 中
■ 국내 최초 최대 규모 2㎿급 테스트베드 구축
■ 올해부터 차세대 수전해 기술 및 전해조 확보
■ 미국·독일 등과 수전해 원천기술 개발 협조도

유례없는 기후 위기에 따라 전 세계적으로 탄소중립 시나리오에 착수, 에너지 전환이 가속화되는 가운데 한국전력이 국내 최초로 2㎿급 수전해 기술 개발 테스트베드 구축에 성공했다. 한전은 올해 본격적으로 미국·독일 등 전 세계 국가들과 협력해 그린수소 생산을 위한 원천기술 확보에 나서겠다는 전략이다.

15일 한전에 따르면 전력연구원은 지난해 국내 최초 최대 규모인 2㎿급 하이브리드 수전해 시스템을 구축했다. 한전은 올해부터 산·학·연 공동으로 고성능 수전해 기술 및 고안정성 화학적 수소 저장 연구에 착수해 탄소중립 기술 개발에 속도를 높이겠다는 방침이다. 이로써 경제적이고 실용적인 전해조를 개발하겠다는 것이다. 또한 전 세계 국가들과 협력해 수전해 원천기술을 확보할 계획이다.

이처럼 한전이 수전해 기술 개발에 눈독을 들이는 이유는 수전해 기술이 최종 에너지원인 ‘수소’를 생산할 때 탄소를 배출하지 않기 때문이다. 또한 현재 이용 중인 화석연료를 대체하기 위해서는 동등한 양의 청정 에너지원이 필요한데, 수소가 그 역할을 할 수 있다는 판단에서다. 수소 연료를 생산하기 위해서는 물 또는 탄화수소계 물질에서 수소를 분리해야 한다. 이 과정에서 신재생 에너지원을 활용하면 탄소배출 없이 그린수소를 생산할 수 있고, 이런 이유로 물을 수소와 산소로 분리하는 수전해 기술은 전 세계적으로 주목받고 있다.

한전은 2019년 산·학·연 협동으로 ‘재생에너지 장주기 저장 및 전환을 위한 P2G(Power to Gas) 기술개발’에 착수해 2020년 ‘수전해 요소 기술(제로갭 구조·촉매 저감·핵심 부품·전극 대면적화·전해조 등)’을 개발했다. P2G란 전력을 가스로 전환하는 기술로, 간헐적으로 전기를 생산하는 재생에너지의 특성상 불가피하게 발생하는 미사용 전력으로 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 방식을 말한다. 생산된 수소는 수소 전기차·수소 연료전지 등의 연료로 사용하거나 이산화탄소와 반응시켜 메탄으로 저장할 수 있다.

이 연구과제를 통해 한전은 지난해 2㎿급 하이브리드 수전해 시스템과 성능 시험을 위한 테스트베드를 구축했다. ‘알칼라인’과 ‘고분자 전해질막(PEM)’ 방식 등 각각 1㎿ 규모로 구성했다. 이 설비는 정격 운전 시 1㎿당 200N㎥/hr(18㎏)의 수소를 생산할 수 있다. 이는 수소차 3대 정도 충전 가능한 용량이다. 생산된 수소는 99.997%의 고순도로, 전해조 스택 기준 76%의 높은 생산 효율을 달성했다. 안정적으로 알칼라인 및 고분자 전해질막 수전해 시스템 운영을 위한 통합 제어 시스템(P2G-PMS) 개발과 향후 신재생 발전원과 전력망에 미치는 영향을 고려한 비즈니스 모델 개발 및 경제성 평가도 완료했다.

한전은 올해 산·학·연과 힘을 합쳐 ‘고성능 차세대 수전해’와 ‘고안정성 화학적 수소 저장’ 연구에 착수할 계획이다. 오는 2028년까지 원천기술을 확보해 향후 화재폭발의 위험성을 극복하는 한편, 저장밀도를 크게 희생하지 않는 전해조를 확보하겠다는 것이다.

아울러 전 세계 국가들과 글로벌 공조도 이어간다. 한전은 올해 독일 ‘프라운호퍼(Fraunhofer)’ 연구소와 수전해를 통한 수소 생산기술과 전기·열에너지를 이용해서 암모니아를 분해해 수소를 추출하는 기술개발에 착수할 예정이다. 한전은 지난해부터 미국 전력연구소(EPRI) 및 가스연구소(GTI)가 주관하는 저탄소 자원확보 및 활용확산을 위한 전 세계 공동 연구과제인 ‘저탄소 자원 이니셔티브(LCRI)’에 참여하고 있다.

이중호 전력연구원장은 “온실가스 감축에 대한 지속적인 요구와 이를 위한 연료 전환은 에너지 유틸리티 기업에 있어 위기이자 기회”라며 “기후 위기를 극복하고, 기술적으로도 비용적으로도 도전적일 수밖에 없는 탄소중립 목표 실현에 기여하기 위해 산·학·연, 지자체와 협력해 수소경제 시대를 선도할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.