에너지연, 바닷물서 수소 생산 시 무기침전물 최소화 기술 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 한국에너지기술연구원은 바닷물에서 수소를 생산할 때 형성되는 무기침전물을 최소화할 수 있는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

해양융복합연구팀 한지형 박사 연구팀이 개발한 이 기술은 바닷물에서 바로 수소를 생산할 때, 해수 산성화를 유도해 분산형 무기침전물을 완전히 억제하고 전극 계면에서 무기침전물의 성장 속도를 감소시켜 직접해수전해의 성능과 안정성을 높일 수 있는 기술이다.

연구팀은 물 해리반응이 일어나는 양극성 막을 격막으로 사용해 추가 화학물질을 사용하지 않고 천연 해수를 산성화시켜 무기 침전을 제어했다.

물 환원반응으로 수소(H2)와 수산화이온(OH-)이 생성되고, 수산화이온은 해수에 포함된 마그네슘 양이온(Mg2+)과 결합해 무기침전물이 전극 표면에 형성된다. 이 무기침전반응이 수산화이온을 전극 계면에 잡아두는 역할을 해 해수의 pH 상승을 억제한다.

이와 동시에 양극성 막에서는 물 해리반응을 통해 물은 양성자(H+)와 수산화이온(OH-)으로 분리되고, 환원용액에 양성자를 공급해 해수를 산성화시키는 역할을 한다.

결과적으로 물 환원반응, 무기침전반응, 그리고 물 해리반응의 상호작용을 통해서 해수는 산성화된다. 해수 산성화는 분산형 무기침전물 형성을 완전히 억제하고 환원전극 계면에 형성된 무기침전물의 두께를 최소화하며 환원전극전압을 낮추는 역할을 한다.

직접해수전해는 해수를 전해액으로 사용하기 때문에 해수담수화 및 초고순도 공정에 필요한 제반시설에 대한 제약 없이 바다가 인접한 어느 곳에서나 수소 생산을 가능하게 하여 수소경제 활성화에 기여할 수 있다.

또 이번 연구를 통해 무기침전문제를 해결할 수 있는 방법을 제시함으로써 직접해수전해 스택 개발의 가능성이 더 높아졌으며, 부유식 해상 풍력 플랫폼과의 연계 시스템을 통한 해양그린수소 생산을 기대할 수 있다.

한지형 박사는 “양극성막(격막)과 해수(전해액)의 조합은 전기화학 연구에서 최초의 사례이며 해수 산성화라는 새로운 현상을 발견했다”며 “직접해수전해의 성능과 안정성을 높일 수 있는 원천기술을 확보했고 대용량 스택 개발의 가능성을 크게 높였다”고 설명했다.

연구팀은 향후 해수 산성화 메커니즘 분석, 양극성막 국산화, 비귀금속 전극촉매 개발 연구를 계획하고 있으며, 직접해수전해 스택개발을 최종 목표로 연구를 진행하고 있다.