[그린포스트코리아 안선용 기자] 국내 연구진이 천연가스, 바이오매스 등 합성가스에서 고순도 수소를 생산하고, 정제할 수 있는 기술을 개발했다. 이를 통해 천연가스를 비롯한 화석연료와 바이오매스를 기반으로 한 수소 생산용 중·소형급 수소플랜트 개발과 수전해 등에 적용가능한 수요 맞춤형 수소정제기를 규격화하고, 국내외 다양한 산업분야에 적용할 수 있을 전망이다.

한국에너지기술연구원은 천연가스, 바이오매스, 수전해 등 수소 생산방식과 결합해 효율적으로 수소를 생산하고, 정제할 수 있는 ‘복합막 형태의 팔라듐 분리막 기반 수소 생산·정제 핵심기술’ 개발에 성공했다고 20일 밝혔다.

팔라듐 분리막을 기존 메탄 수증기 변환방식에 활용시 500~550℃의 낮은 온도에서 운전이 가능하고, 별도 정제 공정을 추가하지 않아도 합성가스 중 수소만을 선택적으로 분리·정제할 수 있는 것이 장점이다. 특히 이산화탄소를 더 쉽게 포집할 수 있어 온실가스 감축과 친환경에너지 확산에도 기여할 수 있다.

팔라듐 분리막은 보통 포일형태의 분리막과 다공성지지체 위에 박막의 팔라듐을 코팅하는 복합막으로 나뉜다. 포일형태의 분리막은 이미 상용화됐지만 두꺼워 단가가 높고, 수소투과도가 낮은 점이 단점으로 지적된다. 반면 복합막은 팔라듐 두께가 얇고, 수소 생산·정제 공정에 적용하기 위한 모듈화가 용이해 세계적으로도 연구가 활발한 추세다. 다만, 기술 적용은 미세구멍 없이 수소만 투과하게 코팅하는 기술이 고난도이기 때문에 제한적이었다.  

그런데 연구원이 팔라듐 분리막 코팅 공정 핵심인 ‘무전해도금법’을 독자적으로 개발한 것이다. 이 기술을 이용하면 도금액 내 포함된 팔라듐을 기존방식보다 10% 가량 높은 99.5% 이상 활용할 수 있으며, 기존 시판 중인 팔라듐 포일막에 비해 3~5배 낮은 5마이크로미터 이하 두께로 코팅해도 우수한 수소정제가 가능하다.

또, 확산방지막 코팅 기술인 ‘블로윙 코팅기술’을 개발, 원통형 금속 표면에 100 나노미터 이하의 매우 얇은 세라믹 막을 단순하면서도 균일하게 코팅할 수 있어 전체 분리막의 안전성과 경제성을 개선했다는 평이다.

연구진은 개발된 핵심 기술을 바탕으로 직경 1인치, 길이 45센티미터의 팔라듐 분리막 제조에 성공했으며, 분리막이 적용된 10N㎥/h급 수소정제기도 개발했다. 해당 기술은 분리막 전문국제학술지인 ‘저널 오브 멤브레인 사이언스(Journal of Membrane Science)’에 게재돼 학술적 가치를 인정받기도 했다.

이신근 에너지소재연구실 책임연구원은 “팔라듐 분리막 수소 생산·정제 기술은 기존 화석연료 기반의 수소 생산 방식에 접목해 효과적으로 반응효율을 증진시킬 수 있는 기술”이라며 “향후 재생에너지 및 친환경에너지원을 이용한 수소 생산방식에서 효율 향상을 위해 핵심 적용할 수 있으며, 특히 현지공급형 고순도 수소 생산·정제 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.

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