[에너지산업신문]

한국에너지기술연구원이 미래 친환경 연료인 그린수소의 경제적 생산을 위한 최적의 운영 전략을 도출했다고 10일 밝혔다.

박정호 에너지기술연구원 에너지AI·계산과학실 박사 연구진은 알칼라인 수전해와 양성자교환막 수전해(PEM 수전해) 기술을 비교 분석해, 우리나라 환경에 적합한 수소 생산 조합과 운영 방안을 제안했다.

그린수소는 태양광, 풍력 등 재생에너지를 통해 얻은 전력으로 물을 분해해 생산하는 청정 수소로, 2038년까지 우리나라 전체 발전량의 6.2%를 담당할 계획이다. 현재 그린수소 생산에는 주로 알칼라인 수전해와 PEM 수전해 기술이 활용된다.

알칼라인 수전해는 값싸게 대량의 수소를 생산할 수 있어 상용화가 가장 활발히 진행 중이다. 하지만 전력 요구치가 높고, 전력 공급이 불안정한 재생에너지와의 연계가 어려운 것이 단점이다. 이를 해결하려면 기존 전력망을 보조 전력으로 활용해 안정적으로 전력을 공급해야 한다.

양성자교환막 수전해는 적은 전력으로도 수소 생산이 가능해 재생에너지와 쉽게 연계할 수 있다. 하지만 초기 설치 비용이 높고, 기술이 아직은 성숙하지 못한 상태다. 연구진은 두 기술의 경제성을 비교 분석해 최적의 운영 전략을 도출했다.

알칼라인 수전해의 경우, 재생 전력과 에너지 저장 장치(ESS)를 조합할 때 수소 생산 단가는 킬로그램당 8.6달러로 평가됐다. 반면, 기존 전력망을 보조 전력으로 활용하면 생산 단가를 킬로그램당 6.6달러로 낮출 수 있다. 양성자교환막 수전해는 필요 전력의 1.5배를 공급해야 하는 과부하 운전을 통해 생산 단가를 킬로그램당 5.8달러까지 절감할 수 있는 것으로 분석됐다.

연구진은 재생에너지 발전 비율이 높고 안정적 공급이 가능한 환경에서는 PEM 수전해를, 그 외 환경에서는 알칼라인 수전해와 무탄소 기반 전력망을 조합하는 것이 우리나라에 적합하다고 판단했다고 설명했다.

연구진은 제주도의 기상 데이터를 기반으로 우리나라 환경에 맞는 최적의 수전해 수소 생산 조합을 제안했다. 해상풍력 100메가와트(MW)와 태양광 100메가와트를 조합할 경우, 킬로그램당 4달러 수준에서 안정적인 수소 공급이 가능할 것으로 전망했다.

박정호 박사는 “이번 연구는 알칼라인과 PEM 수전해의 기술적 차이를 명확히 분석하고, 에너지 환경에 따른 최적의 설계 및 운영 전략을 제시했다는 점에서 의미가 크다”며, “향후 재생에너지를 활용한 수소 생산 시스템 구축 시 기술 선택과 투자 방향을 결정하는 데 중요한 참고 자료가 될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구 성과는 국제 저명 학술지인 ‘에너지 컨버전 앤 매니지먼트(Energy Conversion and Management)’ 2월호에 게재됐다.

박정호 한국에너지기술연구원 박사가 수전해 방식에 대해 설명하고 있다. (c)한국에너지기술연구원