탄소배출 ‘0’ 그린수소 생산 기술, ‘음이온교환막’ 주목

한화솔루션이 개발하고 있는 ‘음이온교환막(AEM’ 수전해 방식.

[이데일리 박민 기자] ‘그린 수소’가 탄소 중립과 수소 경제의 핵으로 떠오르면서 이를 생산하기 위한 ‘수전해 기술’에 대한 관심이 커지고 있다. 수전해는 말 그대로 물을 전기분해(수전해)해 수소를 얻는 것으로 탄소배출이 없어 가장 친환경적인 수소로 꼽는 ‘그린 수소’를 생산할 수 있다.

KDB미래전략연구소가 지난달 말 발간한 ‘차세대 그린수소 생산기술’ 연구분석 자료에 따르면 유럽과 일본에서는 ‘음이온 교환막(AEM)’ 방식의 수전해 기술 개발이 한창이다. 국내 기업 중에는 한화솔루션이 수전해 분야의 석학을 영입하고, 수소기술연구센터를 꾸리는 등 AEM 기술 개발에 열을 올리고 있다.

물에 전기를 가해 수소를 추출하는 ‘수전해’ 기술은 전해질의 종류에 따라 △알칼라인(AEC) △고분자 전해질막(PEM) △음이온 교환막(AEM) △고체산화물(SOEC) 등 크게 4가지 방식으로 나뉜다. 태양광·풍력 등 재생에너지로 전력까지 충당하면 완벽한 ‘탄소 제로’가 가능하다는 공통점이 있지만, 방식별로 수소 효율과 생산비용 등의 차이가 있다.

이중 가장 많이 알려진 기술이 ‘알칼라인(AEC)’과 ‘고분자 전해질막(PEM)’ 수전해 방식이다. 알칼리 전해액을 이용해 물을 전기분해하는 알칼라인 방식은 상용화가 가장 많이 진척됐지만, 장치 크기가 상당히 크고 전력 소모가 많은데다 수소의 순도도 낮다는 단점이 있다. 고분자 전해질막은 장치의 크기가 작아 생산설비의 소형화가 가능하지만 백금처럼 값비싼 금속을 ‘촉매’로 써야 해 유지비용이 많이 드는 게 약점이다.

이러한 낮은 전류밀도(알칼라인)와 고가의 설비(PEM) 한계를 극복하기 위해 주목하는 차세대 기술이 ‘음이온 교환막(AEM)’ 방식이다. 음이온 고분자 전해질막을 이용하는 AEM 방식은 저렴한 소재 사용과 소형화가 가능해 경제적이고, 불규칙한 재생에너지 전력의 부하 변동 대응도 가능하다는 장점이 있다. 이 같은 이유에서 국내외 기업들이 기술 상용화에 열을 올리는 것이다.

이선화 KDB미래전략연구소 연구원은 “음이온 교환막 방식은 그린 수소를 생산하기 위한 최적화 기술로 부상하고 있다”며 “다만 아직 세계적으로 기술 상용화에 성공한 기업이 없어 향후 상용화 여부에 따라 세계 수전해 시장을 선점할 기회가 될 것”이라고 말했다.

국내에서는 한화솔루션이 이르면 내년 말 상용화를 목표로 음이온 교환막 수전해 기술 개발에 힘쓰고 있다. 이를 위해 강원도와 한국가스기술공사와 함께 약 300억원을 들여 강원도 평창에 그린 수소 실증 생산단지를 짓고 있으며, 내년 5월부터 가동에 들어설 예정이다. 한화솔루션 관계자는 “그린 수소 대량 생산을 위한 기술력을 조기에 확보하고, 전 밸류체인에서 사업 역량을 구축할 것”이라고 말했다.