"태양·바람으로 수소 생산은 기본…발전용 메탄 공급까지 더한다"

12일 서울 강남구 코엑스에서 열린 국회수소경제포럼이 주최하고 머니투데이와 코엑스(COEX)가 공동 주관하는 '그린비즈니스위크 2022(GBW 2022)'에서 김종민 국회수소경제포럼 공동대표, 박종면 머니투데이 대표, 이동기 코엑스 대표, 조희연 서울시교육감, 김재수 한국과학기술정보연구원장, 문재도 수소융합얼라이언스 회장을 비롯한 주요 내빈들이 한국전력공사 부스를 둘러보고 있다. /사진=이기범 기자 leekb@

햇빛과 바람을 이용한 재생에너지 발전 증가와 함께 수소경제 사회로의 전환이 탄력을 받고 있다. 한국전력공사 전력연구원은 재생에너지를 이용해 물을 분해해 수소를 생산하는 것에서 멈추지 않고 전력발전의 원료가 되는 메탄까지 생산하는 기술 개발 및 상용화에 매진하고 있다.


아울러 고용량 ESS(전기저장장치) 시장을 선점하기 위해 리튬·니켈을 이용한 리튬이온 배터리가 아닌 '망간'을 활용한 배터리 개발에도 박차를 가하고 있다. 건물과 가정의 창문을 활용해 태양광 발전을 시도하는 '유리 창호형' 태양전지 개발도 전력연구원의 도전 과제다.

12일 서울 강남구 삼성동 코엑스 A홀에서 열린 '그린 비즈니스 위크 2022(GBW 2022)'에서 전력연구원은 풍력과 태양광으로 생산한 전력을 이용해 수전해 과정을 거쳐 물에서 수소를 만들고 이를 활용해 수소차 충전, 연료전지 활용, 수소·암모니아 혼소 발전까지 하는 수소 전주기에 걸친 'P2G'(Power-to-Gas) 프로젝트 실증 현황을 공개했다.

전력연구원은 현재 울산 P2G 센터에서 생산된 수소를 바탕으로 수소연료전지를 활용해 만든 전력을 실제 전력 계통의 송·배전에 연결하는 실증을 진행하고 있다. 나주 P2G센터에서는 알칼라인 수전해와 고분자전해질(PEM) 수전해 관련 원천 기술 확보에 주력하고 있다. 각각의 수전해 기술이 장단점을 가진 바, 두 가지 기술을 활용한 '하이브리드' 수전해 과정을 수소 생산에 활용하기 위함이다.

특히 생산한 수소를 이산화탄소와 결합해 메탄을 만드는 기술 실증도 진행하고 있다. 메탄은 우리나라 전력 생산에서 많은 비중을 차지하는 액화천연가스(LNG) 발전의 주된 원료다. 현재는 수소를 활용한 메탄의 생산 단가가 수입 단가에 비해 월등히 높은 수준이나 수소와 메탄의 동시 생산은 발전 원료 수급 측면에서도 도움이 될 것으로 보고 있다. 기존에 매설된 천연가스 공급관을 활용할 수 있는 것도 메탄 생산의 장점으로 꼽힌다.


전력연구원이 개발하는 망간수계전지는 고용량 ESS 시장에서 '게임 체인저'가 될 것으로 기대하고 있다. 전기차 배터리로는 리튬이온 배터리의 효율이 월등히 높으나 전기차를 제외한 전력 계통에서 고용량 전력을 저장하기 위한 용도로는 망간수계전지가 적합하다는 판단이다.

우선 리튬이온 배터리에 들어가는 니켈·리튬 등의 광물 가격이 망간에 비해 비싸 경제성 면에서 망간수계전지가 앞선다. 아울러 망간은 전 세계에 존재하는 광물 원소 중 3위로 여러 지역에서 흔히 볼 수 있어 공급 측면에서도 우위를 점한다. 특히 망간수계전지는 물을 이용한 배터리인 만큼 기존 배터리보다 화재 등의 안전성 측면에서도 비교 불가능하다.

전력연구원은 유리 창문에 붙여도 이질감이 없고 태양열 충전까지 가능한 '유리창호형 페로브스카이트 태양전지' 개발에도 앞장서고 있다. 현재는 5x5㎠ 규격의 반투명 태양전지 개발까지는 완료됐다. 다만 창문에 붙일 수 있고 내·외부를 들여다볼 수 있는 투명한 태양전지 개발을 위해 점차 규격을 넓히고 충전·전력 생산의 효율을 높이고 있다.

전력연구원 관계자는 "수소의 생산·변환·활용·운송·저장 등 청정수소 생태계를 조성해 수소경제 사회로의 전환과 수소산업 강국으로 도약하는 데 기여하겠다"고 밝혔다.