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알칼리성 물의 전기분해에 의한 수소 생산과 응용 최근 동향

전문가 제언: ○ 물 전기분해는 가장 간단하면서도 신뢰성이 높고 대량생산이 용이하며 고순도의 수소를 얻을 수 있다. 고순도의 수소는 연료전지 기술에 특히 중요하다. 물 전기분해에 의한 수소 생산은 현재 경제성이 부족하기 때문에 대부분 화석연료에서 생산되고 약 4%만이 물의 전해에 의해 생산된다. 그렇지만 화석연료의 고갈과 지구온난화에 대한 우려에서 신 재생에너지와 잉여전력을 이용하는 물 전기분해 기술이 새로이 관심을 받고 있다. 이 글은 알칼리성 물 전해에 의한 수소 생산기술을 살펴보고 이 기술을 개선하기 위한 연구개발 노력을 소개하였다.

○ 선진국들은 수소경제 체제에 대비하기 위하여 국가적 사업으로 비화석 에너지원을 이용한 수소제조 기술개발에 박차를 가하고 있다. 우리나라도 저탄소 녹색성장산업 27대 중점육성기술로써 고효율 수소제조 및 수소저장기술이 중점 개발되고 있다.

○ 물로부터 수소를 생산하는 기술 중 대규모로 실용화된 기술은 물 전기분해가 유일하다. 열 화학법, 광 촉매법 및 생물학적 제조방법 등은 아직까지 기초연구 단계로 실용화 기술이 개발되기 위해서는 많은 문제점들이 해결되어야 한다. 현 전력가격 구조에서는 물 전해에 의한 수소생산은 경제성이 없다. 그러나 심야전력 및 잉여전력 가격이 대폭 낮아진다면 물 전기분해 수소 제조기술은 어느 정도 경제성을 확보할 수 있으므로 잉여전력을 이용한 전력저장 수단으로서 물 전기분해기술을 정책적으로 또 기술적으로 적극 검토할 필요가 있다.

○ 우리나라에서는 알칼리성 물 전해를 통한 수소의 대량생산에 대한 연구와 개발이 미흡한 실정이다. 그러나 광주과학기술원의 전기화학촉매연구실을 중심으로 나노구조 물질을 이용한 전극재료 개발 등이 수행되고 있다. 알칼리성 물 전해기술은 성숙된 기술이지만 고활성 내구성 전극개발과 장치의 저가격화를 위한 기술 개발은 계속 필요하다. 한 예로써 알칼리성 물 전해에서 음극의 과전압은 고체고분자 전해질을 이용하는 경우보다 높은 과전압으로 인해 전체 전해조 전압도 높게 나타난다. 따라서 알칼리성 물 전해의 효율성을 높이기 위한 연구가 필요하다.

저자: Kai Zeng, Dongke Zhang
자료유형: 학술정보