| 수전해 시스템 조기 상용화 발판 마련

[투데이에너지 유정근 기자] (주)코멤텍(대표 김성철)이 그린수소 생산의 핵심기술인 양성자 교환막 수전해 시스템의 상용화를 앞당길 계기를 마련했다. 

코멤텍은 연구진이 양성자 교환막(Proton Exchange Membrane Water Electrolysis) 수전해 핵심부품인 전해질막의 성능과 내구성을 획기적으로 끌어올리는데 성공했다고 8일 밝혔다. 

코멤텍은 수소연료전지용 PTFE 강화복합막 및 막-전극 전합체(MEA), PEMFC 시스템을 생산하고 있으며 수소연료전지 뿐만 아니라 수전해분야까지 영역을 확장했다.

물을 전기분해해 수소와 산소를 생산하는 수전해 기술은 미래 에너지원인 수소를 생산하기에 온실가스나 대기오염 물질을 배출하지 않아 친환경적인 수소 생산 방식으로 각광받고 있다. 

다만 수전해 기술은 핵심 부품인 양성자 교환막의 가격 및 내구성능이 확보되지 않아 양산화가 제대로 이뤄지지 않고 있다.

수전해 시스템의 30%의 비중을 차지하는 양성자 교환막 수전해 기술은 높은 효율로 고전류 밀도 운전이 가능하며 재생에너지의 출력 변동성에 대응하기 쉬운 장점을 가지고 있으나 높은 사용압력 때문에 연료전지대비 상대적으로 두꺼운 양성자 교환막을 필요로 한다.

이 양성자 교환막은 수소이온만을 선택적으로 통과시키는 과불소계 술폰화(PFSA) 이오노머가 주 원료로 매우 고가다. 때문에 두껍게 제작할수록 생산 단가가 높아져 상용화를 어렵게 만드는 난제로 여겨져 왔다. 

현재 관련 제품이 미국이나 일본회사로부터 전량 수입되고 있으며 특히 지지체를 사용하지 않은 캐스팅막으로 생산되기 때문에 가격 및 내구성에 문제가 돼왔다. 

코멤텍의 연구진은 수소연료전지용 PTFE 강화복합막의 지지체로 사용되는 PTFE 멤브레인을 이용해 문제를 해결했다. 

새롭게 개발된 수전해용 강화복합막은 기존 180㎛, 280㎛,  가량의 두께로 사용되는 수전해용 양성자 교환막의 성능 및 내구성을 상회하면서 두께를 100㎛ 이하로 절반 가량 줄였다. 

이로 인해 고가의 원료 사용량을 저감해 수전해 시스템 가격을 획기적으로 낮춰 양성자 교환막 수전해 상용화에 한발 앞섰다는 평가를 받고 있다. 

코멤텍은 수전해용막 개발을 위해 유럽의 수소 전문 연구기관인 오스트리아 ‘Hycenta’와 지난 6월에 NDA를 체결하고 공동개발 연구를 진행했으며 평가 결과 수전해용 PTFE 강화 복합막의 이온전도도 0.1S/㎝ 이상, 100℃ 함수 환경에서의 인장강도 25MPa, 모듈러스 65MPa 이상을 달성했다. 이는 기존 캐스팅 제품대비 두께를 2-4배 줄이고도 성능이나 기계적 강도면에서 동등이상의 성능을 보인 것으로 혁신적이라 할 수 있다. 

김성철 코멤텍 대표는 “새롭게 개발된 수전해용 PTFE 강화복합막을 통해 양성자 교환막 수전해 시스템 상용화에 걸림돌로 작용했던 상용 수전해막의 높은 가격과 낮은 내구성 문제도 동시에 해결할 수 있었다”며 “수전해산업도 기존 수소연료전지산업과 그 개발 방향이 초기 캐스팅막으로 개발 되다가 성능이나 내구성을 혁신적으로 개선한 PTFE 강화 복합막의 등장과 더불어 상용화에 한발 더 다가선 만큼 같은 과정을 겪을 것으로 예상하며 이번에 새롭게 개발한 수전해용 강화복합막은 수전해의 상용화를 앞당기고 그린수소 생산 단가를 낮추는 계기가 될 것”이라고 말했다.

한편 수전해 시장은 꾸준히 증가하는 추세이며 최근 러시아-우크라이나 전쟁으로 인해 에너지 원료 수급이 원활하지 못한 유럽을 중심으로 급격히 성장하고 있다. 다만 현재까지 그린수소의 생산 단가는 그레이 수소의 생산 단가의 약 2배 가량으로 생산 단가 절감이 필요한 상황으로 코멤텍의 수전해용 PTFE 강화복합막이 향후 그린수소산업을 이끌어 나가는 핵심 기업으로 자리매김하고 국가경쟁력을 제고하는 출발점이 될 수 있을 것으로 기대된다.

출처 : 투데이에너지(http://www.todayenergy.kr) , 유정근 기자