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한국에너지기술연구원은 에너지AI·계산과학실 박정호 박사 연구팀이 친환경 수소 생산 기술로 주목받고 있는 수전해 기술의 경제성을 분석하고, 효율적인 운영 방안을 제시했다고 밝혔다.

현재 그린수소 생산에 주로 사용되는 기술은 알칼라인 수전해와 양성자교환막(PEM) 수전해이다. 알칼라인 수전해는 대량 생산이 가능하고 비용이 저렴한 장점이 있지만, 장치가 요구하는 일정한 전력 공급이 어려워 재생에너지와의 연계에 한계가 있다. 반면, PEM 수전해는 적은 전력으로도 수소를 생산할 수 있어 재생에너지로 운영 가능하지만, 초기 설치 비용이 비싸고 기술 성숙도가 낮아 상용화에 어려움이 있다. 이로 인해 두 기술만으로 그린수소 생산 인프라를 구축하기에는 한계가 있다.

연구팀은 알칼라인 수전해와 PEM 수전해의 기술적 차이를 비교하고, 경제성 측면에서 최적의 운영 방안을 제시했다. 특히, 알칼라인 수전해의 경우 전력 공급이 일정하지 않으면 장치의 열화가 발생해 효율과 수명이 줄어들기 때문에, 기존 전력망을 보조 전원으로 활용하는 방식이 가장 경제적이라는 결론을 도출했다.

연구진은 분석을 통해, 재생에너지를 사용하면서 에너지 저장 장치(ESS)를 보조 전원으로 활용하면 수소 생산 단가가 킬로그램당 최대 8.6달러에 달한다고 밝혔다. 반면, 기존의 화석 연료 기반 전력망과 연계하면 수소 생산 단가는 6.6달러로 낮아진다. 이는 단기적으로는 기존 전력망과의 연계가 경제적이지만, 장기적으로는 ESS의 단가 절감과 바이오매스 및 원자력 같은 무탄소 연료 발전 비율 증가가 필요하다는 분석이다.

PEM 수전해의 경우, 전력을 과잉 공급하면 수소 생산량이 늘어나는 특성을 이용해, 과부하 운전을 통해 경제성을 개선할 수 있다는 점을 강조했다. 재생에너지 발전량을 1.5배 과잉 공급할 경우, 수소 생산 단가는 킬로그램당 5.8달러로 낮출 수 있을 것으로 예상된다.

연구진은 이러한 분석을 바탕으로, 재생에너지가 풍부하고 안정적인 공급이 가능한 환경에서는 PEM 수전해를, 그 외의 환경에서는 알칼라인 수전해와 무탄소 기반의 전력망을 결합한 방식이 이상적이라고 결론지었다. 또한, 한국의 특성에 맞는 최적의 수소 생산 모델을 제시했다. 제주도의 기상 데이터를 토대로, 향후 100메가와트(MW)의 수전해 설비와 해상풍력 100MW, 태양광 100MW를 조합하면, 킬로그램당 4달러 수준으로 안정적인 수소 공급이 가능할 것으로 전망했다.

박정호 박사는 “이번 연구는 두 수전해 기술의 차이를 명확히 분석하고, 다양한 에너지 환경에 맞는 최적의 설계 및 운영 전략을 제시했다는 점에서 중요한 의미를 갖는다”며, “향후 재생에너지를 활용한 수소 생산 시스템 구축 시, 이 연구가 기술 선택과 투자 방향을 결정하는 데 중요한 참고자료가 될 것”이라고 말했다.

출처 : 충청뉴스(http://www.ccnnews.co.kr)