[투데이에너지 최인영 기자] 태양광 패널에서 얻은 조도 데이터를 활용해 그린수소 생산 장치의 내구성을 평가하는 기술이 개발됐다. 설비투자와 소재·부품 경쟁력 향상에 이바지할 것으로 예상된다.
한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구센터 서보라 박사 연구팀이 실제 태양의 조도 데이터를 활용해 1초 단위의 단계 지속시간을 갖는 그린수소 생산 장치의 내구성 평가기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 이는 현재까지 개발된 기술 중 가장 짧은 단계 지속시간을 적용한 것으로 실제 태양광 에너지의 출력 변동성을 가장 유사하게 시뮬레이션할 수 있다고 덧붙였다.
태양광 기반 그린수소 생산 장치의 성능저하 원인을 파악하더라도 이를 개선하기 위해서는 신뢰도 높은 내구성 평가 기술을 확보해야 한다. 지금까지는 단순히 전류를 순환하거나 일정하게 유지하는 방법으로 평가해 태양광 출력 변동성을 정밀하게 반영하지 못했다. 뿐만 아니라 전력 변동 조건에서 우수한 내구성을 갖는 핵심 소재 개발을 위한 수전해 장치의 내구성 평가 기준도 없었다.
연구팀은 태양광 패널에서 얻은 실제 태양 조도 데이터와 수전해 스택 데이터를 활용해 조도 값을 전류밀도로 변환하는 시뮬레이션 방법을 최초로 개발했다고 밝혔다.
이를 통해 순환전압전류법 등 기존 내구성 평가기술에서는 10초에서 3분까지 소요되던 단계 지속 시간을 1초 단위로 단축해 태양광 출력 변동성을 실제와 유사하게 반영할 수 있다.
또한 새롭게 개발한 내구성 평가 기술을 바탕으로 수전해 장치 소재 개발에 대한 핵심 지표를 제시했다. 전력 변동 조건에서의 촉매, 전해질막 등 소재 성능저하 정도를 파악할 수 있는 표준화된 분석법과 촉매 용출량, 불소 배출량, 산화막 두께 등 성능 저하 지표를 새롭게 제안했다. 이는 내구성과 성능개선을 위한 그린수소 생산 장치의 소재·부품 개발 지침으로 활용할 수 있다.
개발된 내구성 평가 기술은 태양광을 활용하는 그린수소 생산 장치의 정확한 상태를 진단하고 잔여 수명을 예측할 수 있어 설비교체나 운영연장 등을 판단할 수 있다. 해당 기술은 해상풍력, 조력발전 등 신재생에너지 기반 그린수소 생산 장치의 성능을 평가하는 데에도 적용 가능할 것으로 기대하고 있다.
서보라 박사는 “태양광 출력 변동성을 현실에 가장 가깝게 반영해 그린수소 생산 장치의 내구성을 평가한 첫 번째 시도”라며 “그린수소 생산 시스템에 대한 효율적인 설비 투자와 소재·부품 경쟁력 강화에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 과학과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요 사업과 산업통상자원부 소재부품기술개발사업으로 수행됐다. 연구 성과는 환경에너지 분야 국제 학술지에 게재됐다.