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KIMM NEWS
[연구성과] 도심 수소충전 시대 앞당기는 신개념 수소 압축기 개발
  • 작성자관리자
  • 등록일2022.11.17
  • 조회수210


도심 수소충전 시대 앞당기는 신개념 수소 압축기 개발

- 기계연, 전기화학 반응을 통해 조용하고 효율적으로 수소 압축하는 전기화학적 수소 압축기 개발 -




□ 수소경제 선도를 위한 노력이 꾸준히 지속되고 있는 가운데, 조용하고 효율적으로 수소를 압축하는 압축기가 개발됐다.


□ 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)은 중앙대학교(총장 박상규, 이하 중앙대)와 공동 연구를 통해 전기화학 반응을 이용하여 수소를 압축하는 전기화학적 수소 압축기 개발에 성공했다. 수소 사회 활성화를 위한 혁신 기술이 될 것으로 기대된다.


□ 기계연 탄소중립기계연구소 열에너지솔루션연구실 윤석호 연구실장, 중앙대 김민성, 김동규 교수 공동 연구팀은 수소로 전기를 만드는 연료전지의 특성을 역으로 활용해, 연료전지에 사용되는 분리막에 전류를 가해 수소만을 추출하는 방식으로 수소 압축기 개발에 성공했다.

□ 전기화학 반응을 통해 수소가 장치를 통과하는 과정을 반복하면 장치 후단부에 수소가 쌓이면서 압축이 이루어진다. 연구팀은 수소 압축시 고압에도 장치가 견딜 수 있도록 장치 내부 구조를 설계하고, 내부 표면처리를 통해 에너지 손실을 방지하여 압축 효율을 극대화했다.


□ 수소차에 수소를 저장하기 위해 수소가 700기압의 압력으로 압축돼야 하므로 수소 충전소에는 그 이상의 압력으로 수소를 압축한 후 수소를 공급해야 한다. 수소를 충전하면 충전소 저장탱크의 압력이 떨어지기 때문에 압력을 높이기 위한 대기시간이 필요하다. 빠르고 효율적인 수소 압축 기술은 대기시간을 줄일 수 있어 수소 공급망 구축에 필수적이다.

□ 피스톤 방식을 포함해 여러 물리적 방식을 활용하는 기존 기계식 압축기의 경우 내구성이 불안하고 효율이 낮다는 단점이 있다. 또한, 압축 과정에서 사용된 윤활유가 섞이는 등 수소가 오염될 수 있으며 소음이 크게 발생해 개선이 필요했다.


□ 반면, 수소 정제 및 압축을 동시에 수행하는 전기화학적 압축기를 사용하면 오염 없이 99.99%의 수소를 추출, 고압으로 압축할 수 있다. 또한 압축기를 확장하여 원하는 규모의 수소를 추출・압축할 수 있다.


□ 이 압축기는 부피가 작아 공간이 협소한 곳에서도 사용할 수 있다. 최근 LPG 충전소에 수소 충전소를 같이 설치하려는 시도가 있으나, 고압 압축기의 크기 제한으로 어려움을 겪고 있는데, 전기화학적 압축기를 활용하면 공간적 어려움을 해소할 수 있을 것으로 기대된다.


□ 또한, 공간적 이득 뿐 아니라 정숙성도 갖추고 있어 도심에서 수소충전소를 설치하는데 매우 유리하다. 수소 충전소가 아니더라도 수소 압축이 필요한 곳이라면 어디든 소규모 압축시스템을 구축할 수 있으며, 최근 주목받고 있는 도심형 에너지 제로 하우스에도 적용 가능하다.


□ 기계연 열에너지솔루션연구실 윤석호 실장은 “전기화학적 수소 압축기는 기존 기계식 압축기보다 공간 효율이 높고 소음이 없는 것이 큰 장점”이라며 “기술 상용화에 이를 수 있도록 압축기의 성능을 향상해 도심지역 수소 충전소 보급을 넘어 수소사회 활성화에 기여하겠다”고 말했다.


□ 한편 이번 연구는 산업통상자원부의 알키미스트 프로젝트 ‘전기화학적 압축기를 이용한 화학 흡착식 히트펌프 개발’ 과제의 지원을 받아 수행됐다.


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