수소 생산 효율↑…고성능 팔라듐 분리막 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 천연가스, 바이오매스를 포함한 합성가스에서 고순도 수소를 생산하고 정제할 수 있는 고성능 분리막 제조 기술이 개발됐다.

한국에너지기술연구원(에너지연) 에너지소재연구실 이신근 책임연구원 팀은 천연가스, 바이오매스, 수전해 등을 통한 수소 생산의 효율성을 크게 높인 ‘복합막 형태의 팔라듐 분리막'을 개발하는데 성공했다고 20일 발표했다.

이번에 개발한 팔라듐 분리막 기술은 탄화수소 기반 연료의 개질반응효율을 혁신적으로 향상시켜 운전온도를 500~550℃로 낮추고 공정을 단순화할 수 있으며, 별도의 정제 공정을 추가하지 않아도 높은 효율로 고순도 수소를 생산할 수 있다. 또한 반응과 동시에 수소만 분리하고 남아 있는 이산화탄소를 보다 쉽게 포집할 수 있어 온실가스 배출 억제에도 기여할 수 있다.

현재 상용화된 포일 형태의 팔라듐 분리막은 두께가 두꺼워 단가가 높고, 수소투과도가 낮다는 단점이 있다. 에너지연이 개발한 복합막은 다공성지지체 위에 팔라듐을 얇게 코팅한 형태다. 세계적으로 복합막 형태의 팔라듐 분리막 개발이 활발하지만 팔라듐을 얇으면서도 미세구멍 없이, 수소만 투과하도록 코팅하는 것이 난제였다.

에너지연 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 있으며, 현재 판매되고 있는 팔라듐 포일막 대비 3~5배 낮은 5마이크로미터 이하의 두께로 코팅해도 우수한 수소 정제가 가능하다.

또한 확산방지막 코팅 기술인 ‘블로윙 코팅기술’을 함께 개발해 원통형 금속 표면에 100나노미터 이하의 매우 얇은 세라믹 막을 단순하면서도 균일하게 코팅하는데 성공했다. 이를 통해 전체 분리막의 안정성과 경제성을 개선했다.

연구진은 개발된 핵심 기술을 바탕으로 직경 1인치, 길이 45cm의 팔라듐 분리막을 제조하는데 성공했으며, 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 계획이라고 밝혔다.

최상국 기자의 다른 기사 보기

• 수소를 드라이아이스처럼…획기적 저장 기술 개발

• 버려지는 바이오가스, 친환경 수소로 탈바꿈한다