국내유일 전기전문 연구기관인 한국전기연구원(KERI)이 최근 미래 수소경제 실현의 핵심이 될 '액체수소'를 제조하고 장기 저장하는 획기적인 기술을 개발했다.
13일 전기연에 따르면 액체수소는 폭발 위험이 매우 낮고, 운송·저장 효율성 물론 주민 수용성이 높아 크게 주목받고 있는 분야다.
국제적으로 온실가스 배출로 인한 지구온난화는 물론 기후변화는 인류가 당면한 문제로 인식되고 있다. 수소는 온실가스가 배출되지 않아 효과적인 온실가스 감축 방안으로 떠오르는 에너지원이다.
수소를 에너지원으로 활용하기 위해서 수소의 생산, 저장, 이송, 활용을 위한 사회 인프라 구축이 필수적이라 할 수 있다.
현재 수소는 고압의 가스로 저장돼 사용하고 있다. 그러나 이를 액화해 액체 형태로 저장하게 될 경우 기체상의 수소보다 약 800배의 저장 효율을 확보할 수 있다.
수소의 액체 저장방식은 낮은 압력으로 인해 안전성이 높다. 하지만 액체수소를 만들기 위해서는 수소가스를 극저온(-253도)으로 냉각시키고 무엇보다 수소가 다시 증발하지 않도록 손실 없이 최소화하면서 오랜 기간 저장하는 기술이 필요하다.
수소저장분야의 원천 기술 확보를 위해 1960년대 미항공우주국(NASA)에서는 액체 수소 추진 로켓의 저장용량 경량화를 위한 해결 방안으로 액체 수소와 고체 수소가 50대 50 비율로 존재하는 slush 형태의 수소를 추진연료로 적용해 추진로켓 경량화를 달성했다.
미항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 일본우주항공연구개발기구(JAXA)에서는 우주탐사 로켓의 액체 수소를 추진연료로 적용 시 추진연료탱크의 중량, 부피 증가 문제를 해결하고자 액체, 고체(slush) 수소 생산에 대한 원천 기술과 이를 활용한 대용량 수소 저장, 운송 기술을 보유하고 있다.
특히 일본의 경우, 수소사회 진입이 가속화됨에 따라 민간 액체, 고체(slush) 수소 연구기관을 비롯한 기업에서도 활발히 연구되고 있다. 다양한 기술의 접목과 상용화 단계 진입을 위해 민간 차원의 노력 또한 활발한 상태이다.
하지만 국내에서는 이와 같은 연구가 전무한 상태로써 미래 대용량 수소 저장기술 분야의 원천 기술 부재로 인한 수소의 장기 저장과 이송에도 많은 어려움을 겪고 있다.
이에 KERI 전력기기연구본부 하동우·고락길 연구팀은 20여년 넘게 초전도 관련 연구 등을 통해 축적해 온 극저온 냉각 기술을 응용해 액체수소를 효과적으로 생산하고 안전하게 장기간 저장할 수 있게 만드는 ‘제로보일오프’ 기술을 개발했다.
고락길 책임연구원은 “KERI가 최고 수준의 극저온 냉동 기술을 활용해 이러한 난제를 매우 간편하면서 효과적으로 해결했다”며 “액체수소를 안전하고 효율적으로 생산·저장하는 것을 넘어 장거리 이송과 폭 넓은 활용까지 가능하게 할 기술로 정부의 수소경제 활성화와 탄소중립 정책 실현에 크게 기여할 것”이라고 말했다.
'액화수소 제로보일오프’ 기술은 액화수소 보관 용기 안에서 기화되는 수소를 자동으로 다시 액체로 만드는 기술이다. 일정 온도 변화로 수소가 기화되더라도 극저온 냉각을 통해 다시 100% 재응축해 액체수소로 만들어 보관한다.
연구팀은 최근 약 40리터의 액체수소를 만들어 2개월 이상을 손실 없이 보관하는 데 성공하며 개발 기술의 성능을 증명했다.
이번 성과는 경제적 관점에서 그 의미가 대단히 크다. 액체 형태의 수소는 가스 대비 부피가 작고 고압의 위험성이 없기 때문에 충전소 등에서는 수소를 보관하기 위한 부지는 대폭 줄이고 수소의 저장량은 늘릴 수 있다.
또한 수소 저장의 안정성도 높아 주민 수용성 확보에도 용이하다. 운송 개념에서는 기존 가스를 옮기던 때보다 수소를 액체 형태로 훨씬 많은 양을 안전하게 옮길 수 있어 전국적으로 수소의 보급을 크게 확산시킬 것으로 예상된다.
KERI 측은 이번 성과가 우주왕복선, 드론, 선박, 차, 건물용 연료전지 발전소 등 다양한 분야에 활용될 것으로 보고 경남도, 창원시 등 지자체와의 협력을 강화하고 관련 기업으로의 기술이전을 통해 기술 확산에 나선다는 계획이다.
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