에너지연, 천연가스·바이오매스서 고순도 수소생산 기술 개발

머니투데이

대전=허재구 기자

천연가스 개질반응에서의 팔라듐 분리막 적용의 효과: 반응효율 향상, 공정온도 저감, 이산화탄소 포집./자료제공=한국에너지기술연구원

국내 연구진이 천연가스, 바이오매스를 포함한 합성가스에서 고순도 수소를 생산하고 정제 할 수 있는 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원은 천연가스, 바이오매스, 수전해 등 수소 생산 방식과 결합해 기존 기술의 문제를 극복하고 효율적으로 수소를 생산 및 정제할 수 있는 '복합막 형태의 팔라듐 분리막 기반 수소 생산·정제 핵심 기술'을 개발하는데 성공했다고 20일 밝혔다.

연구진은 팔라듐 분리막 코팅 공정의 핵심인 '무전해도금법'을 독자적으로 개발했다.

이 기술을 이용하면 도금액 내에 포함된 팔라듐을 기존의 방식보다 10% 가량 높은 99.5% 이상 활용할 수 있다. 현재 판매되고 있는 팔라듐 포일막 대비 3~5배 낮은 5마이크로미터 이하의 두께로 코팅해도 우수한 수소 정제가 가능하다.

또 확산방지막 코팅 기술인 '블로윙 코팅기술'을 함께 개발해 원통형 금속 표면에 100나노미터(머리카락 두께의 1/1000) 이하의 매우 얇은 세라믹 막을 단순하면서도 균일하게 코팅하는데도 성공했다. 이를 통해 전체 분리막의 안정성과 경제성을 개선했다.

연구진은 개발된 핵심 기술을 바탕으로 직경 1인치, 길이 45㎝의 팔라듐 분리막을 제조하는데 성공했다. 분리막이 적용된 10Nm3/h(시간당 뉴턴세제곱미터)급 수소정제기도 개발했다.

연구진은 향후 팔라듐 분리막 기반 수소 추출 공정 효율 향상을 위한 모듈화 기술과 시스템 구성 기술을 전문적으로 확보할 예정이다.

이를 통해 천연가스를 비롯한 화석연료 및 바이오매스를 기반으로 한 수소 생산용 중·소형급 수소플랜트 개발과 수전해 등에 적용가능한 수요 맞춤형 수소정제기를 규격화하고 국내·외 다양한 산업분야에 대응할 계획이다.

연구책임자인 이신근 책임연구원(에너지소재연구실)은 "기존의 메탄 수증기 변환 방식에 팔라듐 분리막을 활용하면 500~550℃의 낮은 온도에서도 운전이 가능하고 별도의 정제 공정을 추가하지 않아도 합성가스 중 수소만을 선택적으로 분리·정제해 보다 높은 효율로 고순도 수소를 생산할 수 있다" 며 "또 합성가스에서 수소만 분리해내기 때문에 남아있는 이산화탄소를 보다 쉽게 포집할 수 있어 온실가스 감축과 친환경에너지 확산에도 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구논문은 분리막 전문 국제학술지인 '저널 오브 멤브레인 사이언스' 최신호에 게재돼 학술적 가치를 인정받았다.