▲ 순천향대 권휘웅 교수팀, 수소 생산비 11.5%·탄소배출 49.7% 줄인 통합공정 개발  © 뉴스파고

[뉴스파고=한광수 기자] 순천향대학교(총장 송병국) 나노화학공학과 권휘웅 교수 연구팀이 기존 수소 생산공정과 고효율 수전해 기술을 결합해 수소 생산비용과 탄소배출을 동시에 줄일 수 있는 저탄소 수소 생산 시스템을 개발했다.

연구팀이 제안한 통합공정은 기존 기준 공정과 비교해 수소 생산비용을 11.5%, 이산화탄소 배출량을 49.7% 줄일 수 있는 것으로 분석됐다.

이번 연구는 기존 수소 생산 인프라를 유지하면서 탄소배출을 단계적으로 줄이는 데 초점을 맞췄다. 천연가스 기반 수소 생산은 대규모 공급이 가능하지만 탄소가 배출되고, 재생에너지 기반 그린수소는 탄소배출이 적은 대신 전력 소비와 생산비용 부담이 크다는 한계가 있다.

연구팀은 대규모 블루수소 생산에 활용되는 자열개질(ATR) 공정과 고체산화물 수전해전지(SOEC)를 결합한 하이브리드 공정 ‘HASP’를 설계했다.

HASP는 ATR 공정에서 발생하는 고온의 열을 SOEC에 공급할 물을 가열하는 데 활용하고, SOEC에서 생산되는 고순도 산소를 다시 ATR 공정에 공급하는 구조로, 이를 통해 외부 에너지 사용과 산소 공급을 위한 공기분리장치의 부담을 줄였다.

연구팀이 에너지·엑서지·경제성·환경성을 종합 평가한 결과, 통합공정의 에너지 효율은 82.1%, 엑서지 효율은 38.4%로 나타났다. 기존 기준 공정과 비교하면 각각 15.5%, 67.0% 향상된 수치다.

공기분리장치가 포함된 ATR 공정과 비교해서도 수소 생산비용은 8.6%, 이산화탄소 배출량은 31.0% 감소하는 것으로 분석됐다.

연구팀은 기존 ATR 설비를 유지하면서 재생에너지 기반 SOEC의 비중을 단계적으로 높이는 전환 시나리오도 제시했다. 설비를 한 번에 교체하는 데 따른 투자 부담을 줄이면서 대규모 수소 공급을 유지할 수 있다는 설명이다.

국가별 탄소세와 천연가스·전력 가격 등을 반영한 경제성 분석에서는 천연가스와 전력 가격이 수소 생산비용을 좌우하는 핵심 요인으로 나타났다. 포르투갈의 경우 사용 전력을 전량 재생에너지로 전환하면 수소 생산비용을 약 20.3% 줄일 수 있는 것으로 분석됐다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘Energy Conversion and Management’에 게재됐으며, 순천향대 김수진·김기찬 연구원과 동국대 박진우 교수, 순천향대 권휘웅 교수가 참여했다.