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[IT뉴스]"제주도 풍력·태양광 조합, 킬로그램당 4달러 그린수소 공급"

온카뱅크관리자

2025-03-06 11:47:28

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 한국에너지기술연구원 
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 <img alt="한국에너지기술연구원 박정호 에너지AI·계산과학실 책임연구원이 수전해 기술의 경제성을 비교하고 있다. 에너지연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/06/dongascience/20250306114418493laij.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="uTLEV8P3Q6" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/06/dongascience/20250306114418493laij.jpg" width="658">
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 한국에너지기술연구원 박정호 에너지AI·계산과학실 책임연구원이 수전해 기술의 경제성을 비교하고 있다. 에너지연 제공
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 재생에너지로 생산한 그린수소는 미래 친환경 연료로 주목받고 있지만 경제적으로 최적화된 생산 방법이 명확하지 않다. 현 상황에서는 재생에너지 공급 환경에 따라 기존 전력망을 보조 수단으로 활용할 필요가 있다는 분석이 나왔다. 제주도 해상풍력·태양광발전을 조합하면 킬로그램(kg)당 4달러(약 5750원)의 그린수소 공급이 가능하다는 전망도 제시됐다.
 한국에너지기술연구원은 박정호 에너지AI·계산과학실 책임연구원팀이 이재형 미국 서던캘리포니아대 화학공학·재료과학과 교수팀과 함께 수전해 기술의 경제성을 분석하고 최적의 운영 방안을 제시했다고 6일 밝혔다. 연구결과는 지난해 12월 24일(현지시간) 국제학술지 '에너지 전환과 관리'에 공개됐다.
 그린수소는 태양광 발전 등 재생에너지로 얻은 전력으로 물을 분해해 생산하는 수소를 말한다. 미국 리서치 회사인 블룸버그NEF가 지난해 낸 보고서에 따르면 그린수소 가격은 현재 킬로그램당 3.74달러~11.70달러(약 5380원~1만6830원) 수준으로 기술 개선과 생산 최적화를 통해 가격 경쟁력을 높일 필요가 있는 것으로 분석된다.
 그린수소 생산에는 수산화칼륨 등 알칼라인 액체 전해질을 활용한 알칼라인 수전해와 고체 상태의 양이온 교환막을 이용해 물을 분해하는 양성자교환막(PEM) 수전해가 주로 활용된다.
 알칼라인 수전해는 가장 상용화된 기술이지만 장치 가동에 전력이 상대적으로 많이 필요하고 전력 공급이 일정해야 하기 때문에 전력 생산이 들쑥날쑥한 재생에너지와의 연계가 어렵다는 점이 과제다. 
 PEM 수전해는 적은 전력으로도 수소를 생산할 수 있어 재생에너지만으로도 작동이 가능하지만 초기 설치 비용이 높고 알칼라인 수전해보다 기술 성숙도가 낮다.
 연구팀은 알칼라인 수전해와 PEM 수전해의 기술적 차이를 밝히고 경제성을 비교·분석해 최적의 운영 전략을 도출했다. 
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 <img alt="알칼라인 수전해와 양성자교환막(PEM) 수전해의 기술 경제성을 비교·분석한 연구 개념도. 에너지연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/06/dongascience/20250306114419783twyj.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="76Y3DmOJ68" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/06/dongascience/20250306114419783twyj.jpg" width="658">
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 알칼라인 수전해와 양성자교환막(PEM) 수전해의 기술 경제성을 비교·분석한 연구 개념도. 에너지연 제공
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 알칼라인 수전해 장치는 전력이 일정하게 공급되지 않으면 가동과 중단이 반복되며 장치 수명과 효율이 떨어진다. 이를 극복하기 위해 기존 전력망을 보조 전원으로 활용해 전력을 끊임없이 공급하는 것이 가장 경제적이라는 분석 결과가 나왔다.
 재생에너지를 사용하면서 에너지저장장치(ESS)를 보조 전원으로 활용한 경우 수소 생산 단가는 킬로그램당 최대 8.6달러(약 1만2360원)로 평가됐다. 화석연료로 만든 전력망으로 보조 전력을 확보하면 킬로그램당 6.6달러(약 9490원)로 낮아진다.
 현재로서는 기존 화석연료 기반 전력망과의 연계가 경제적이긴 하지만 환경 문제를 해소하지 못하기 때문에 장기적으로는 ESS의 단가를 절감하고 바이오매스, 원자력 등 무탄소 연료 발전 비중이 높아져야 한다는 분석이 나왔다.
 PEM 수전해의 경우 장치에 과부하를 주면 오히려 경제성이 개선된다는 시각이 제시됐다. PEM 수전해 장치는 필요 이상으로 전력을 과잉 공급해 수소 생산량을 늘리는 과부하 운전이 가능하다. 연구팀은 재생에너지 발전량을 늘려 필요 전력의 1.5배를 과잉 공급할 경우 수소 생산 단가를 킬로그램당 5.8달러(약 8340원)까지 낮출 수 있다고 봤다.
 종합적으로 연구팀은 재생에너지 발전 비율이 높고 안정적 공급이 가능한 환경에서는 PEM 수전해를, 이외의 환경에서는 알칼라인 수전해와 무탄소 기반의 전력망을 조합하는 것이 가장 이상적이라고 분석했다.
 연구팀은 한국 환경에 맞는 최적의 수전해 수소 생산 조합법도 제안했다. 제주도의 기상 데이터를 기반으로 평가한 결과다. 향후 해상풍력 100메가와트(MW, 전력 단위), 태양광 100메가와트를 조합하면 킬로그램당 4달러 수준에서 안정적인 수소 공급이 가능할 것으로 전망했다.
 박 책임연구원은 "이번 연구는 알칼라인과 PEM 수전해의 기술적 차이를 명확히 분석하고 에너지 환경에 따른 최적의 설계 및 운영 전략을 제시해 의미가 크다"며 "향후 재생에너지를 활용한 수소 생산 시스템 구축 시 기술 선택과 투자 방향을 결정하는 데 중요한 참고 자료가 될 것"이라고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1016/j.enconman.2024.119423
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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