한국에너지공대(켄텍)는 이영덕 교수 연구팀이 한국에너지기술연구원 김선동 박사 연구팀과 공동연구를 통해 태양열 집열기, 열저장 장치, 전력생산, 고온수전해(SOEC)를 연계해 24시간 연속운전이 가능한 경제적인 그린수소 생산시스템의 개념을 제시하고, 호주 서부지역을 대상으로 기술-경제적 타당성을 분석한 연구결과를 발표했다고 10일 밝혔다.

그린수소는 재생에너지 전력을 이용하여 물을 전기분해함으로써 생산되는 수소를 일컫는데 수소의 생산과정에서 이산화탄소가 배출되지 않아 청정수소 생산기술로 주목받고 있다.

하지만 그린수소의 생산 단가는 화석연료로부터 생산되는 그레이수소·블루수소와 비교해 2~3배 수준이어서 청정수소 공급과 수소경제 견인의 제한점으로 작용하고 있다.

특히 태양광이나 풍력과 같은 재생에너지 전력을 수전해에 공급하는 경우 재생에너지의 간헐성으로 인해 수전해 장치의 가동률이 20~35% 수준에 머물고 있어 높은 장치비용을 갖는 수전해 장치를 적용하기에 효율성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.

이영덕 교수 연구팀은 태양에너지를 집열해 열의 형태로 저장하고, 발전기를 주간·야간에 연속으로 가동함으로써 24시간 연속운전이 가능한 수소생산 시스템을 제안했다. 이를 통해 30% 내외에 머물던 수전해 장치의 가동율을 95% 이상으로 극대화함으로써 수소생산의 경제성을 획기적으로 개선할 수 있었다.

제안된 시스템 개념은 호주 서부지역을 대상으로 기술·경제적 타당성을 검토했고, 연구결과는 재생에너지 자원이 풍부한 해외에서 그린수소를 생산하고 국내로 수입해 활용하는 청정수소 교역의 비즈니스 모델 개발에도 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

시스템의 동적 해석과 기술-경제성 분석을 통해 태양열 집열기 및 열저장 장치의 용량, 수전해 시스템의 용량과 운전조건에 대한 다각적인 최적화 연구도 병행됐고, 수소생산비용(LCOH)을 추가적으로 저감하는 방안도 제시됐다.

이번 연구는 산업통상자원부의 신재생에너지핵심기술개발사업의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 수소 에너지분야 세계적인 국제학술지 ‘Energy’(IF 9.0, Thermodynamics 분야 상위 4%) 2024년 7월호에 게재될 예정이다.