수소車 연료 값싸게 만들 ‘고성능 복합 분리막’ 개발

KIST 수소‧연료전지연구단 주도…고가 팔라듐 최소화·수소 투과율 5배↑

국내 연구진이 수소 투과도가 높고, 생산비가 기존보다 싼 분리막을 개발했다.

KIST 한종희 청정신기술연구소장(책임연구원)/사진=KIST

한국과학기술연구원(KIST) 수소‧연료전지연구단 한종희 청정신기술연구소장과 조영석 박사 연구팀이 고가의 귀금속 사용을 최소화하면서도 기존 대비 5배 이상 높은 수소 투과율을 보이는 ‘고성능 복합 분리막’을 개발했다고 14일 밝혔다.

이를 통해 정제된 수소는 99.999% 이상의 고순도로 수소전기차에도 바로 활용이 가능한 수준으로 나타났다.

우리 정부는 연간 2000대 수준인 수소전기차 보급을 2040년 620만 대까지 확대하고 이에 필요한 수소 생산량 역시 526만 톤(t) 이상 늘릴 계획이다.

수소전기차용 고순도 수소 생산 기술은 향후 수소경제 활성화 로드맵 실현의 중요한 열쇠다.

현재 전 세계 수소 공급량의 90% 이상을 차지하는 추출 수소는 천연가스 등을 고온의 수증기로 열분해하는 방식이다.

수소를 고순도로 정제하기 위해서는 이산화탄소, 일산화탄소 등의 불필요한 성분들을 흡착·제거하는 복잡한 공정이 필요하다. 이는 수소 가격상승의 요인이 되고 있다.

분리막을 이용한 수소 정제 기술은 간단하고 모듈화가 쉬워 경제적이고 효율적으로 고순도 수소를 생산할 수 있다. 에너지 투입량도 기존 흡착 기반 공정 대비 절반 이하다. 하지만 고가의 귀금속인 팔라듐을 기반으로 한다는 점이 약점으로 작용해 왔다.


KIST 연구진은 높은 수소 투과도·순도와 경제성을 함께 갖춘 금속 복합 분리막 소재를 개발하던 중 주기율표 5족에 속하는 전이금속들에 팔라듐을 얇은 두께로 증착시켰다.

그 결과 5족 금속의 높은 수소 투과율과 팔라듐의 우수한 수소 분리 특성을 동시에 구현하는 금속 복합 분리막을 제작했다.

한 소장은 “이번에 개발한 기술은 기존 수소 정제 공정의 효율성 개선과 수소 가격 저감에 기여할 수 있을 것”이라고 기대했다.