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포스코홀딩스, 국내 최초 20kW급 고온수전해 스택 모듈 국산화 성공… 수소경제 앞당길 혁신기술

포스코홀딩스, 국내 최초 20kW급 고온수전해 스택 모듈 국산화 성공… 수소경제 앞당길 혁신기술

2024/12/18

I 포스코홀딩스 참여한 정부과제 컨소시엄, 국내 최초로 셀-스택-시스템 원천기술 개발
I 셀-스택-시스템 양산과 원가절감 기술 확보…국내 최초 MW급 시스템 상용화 도전 목표

포스코홀딩스 미래기술연구원이 12월 16일 국내 수소경제 성장을 앞당길 혁신기술로 평가받는 20kW급 고체산화물수전해전지(SOEC, Solid Oxide Electrolysis Cell) 시스템의 핵심부품인 스택(Stack)* 모듈을 국산화하는데 성공했다. 포스코홀딩스는 지난 2021년 5월 산업통상자원부 주관 ‘대면적 고효율 고체산화물 SOEC 평판형 셀과 20kW급 스택 모듈 시스템 개발’ 국책과제에 참여해 이번 연구에 들어갔다.

*스택(Stack) : 수소와 산소의 화학반응으로 전기를 생산하는 장치로, 수백개의 셀(Cell)을 직렬로 쌓아올린 전지 본체.

고체산화물수전해전지(SOEC) 기술은 고온의 스팀에서 전기를 활용해 수소를 추출하는 기술로, 전기에너지와 열에너지를 함께 사용하는 특징이 있어, 기존의 전기에너지만 활용하는 다른 수전해 방식과 비교해 전해 효율이 높다. 또한, 고체 전해질을 사용해 부식에 대한 내구성이 뛰어나 유지보수가 용이한 장점을 갖춰 수전해 분야 게임 체인저(Game-changer) 기술로 평가받는다. 다만 기술개발의 난이도가 높아 그동안 유럽의 셀-스택-시스템 기술을 도입해 국내 일부 기관에서 실증하는데 머물렀으나, 이번 국산화 성공으로 청정수소를 국내 기술로 더 경제적이고 친환경적으로 생산할 수 있게 됐다.

▲수소경제를 앞당길 혁신기술로 평가받는 20kW급 SOEC(Solid Oxide Electrolysis Cell) 시스템의 핵심부품인 스택 모듈을 국산화하는데 성공한 포스코홀딩스 미래기술연구원 청정수소연구센터 수전해 연구팀.

포스코홀딩스는 지난 2017년 높은 전류 조건에서 구동 가능한 높은 내구성의 셀을 자체 개발했고, 이 셀을 효율적으로 쌓아올리는 스택(5kW) 제작기술을 개발했다. 또한, 인공지능 기반의 전산해석 모델을 적용하고 국내 연구기관과 협업해 고효율, 고안정성의 시스템을 설계∙제작하는데 성공해 SOEC기술 국산화를 이뤄냈다. 수전해 효율은 83.3%로 글로벌 톱티어 수준을 달성했다.

미래기술연구원 청정수소연구센터 수전해 연구팀은 이번 연구를 성공시켜 제철소에서 발생하는 폐열·스팀을 활용한 SOEC기술과 원전의 저가 전기·열을 사용하는 SOEC기술을 개발해 대량의 수소를 경제적으로 생산할 수 있는 기반을 만들었다. 수전해 연구팀은 앞으로는 물과 이산화탄소를 동시에 분해하는 고온 공전해(Co-electrolysis) 기술 연구에도 힘써 수소 뿐 아니라 일산화탄소(CO)를 추가로 추출하는 등 탄소중립 연료 생산에도 나설 계획이다.

이번 연구의 책임자인 안진수 수석연구원은 “앞으로도 혁신기술 개발에 최선을 다해 세계 최고 효율의 고온수전해 시스템을 구축하겠다. 셀-스택-모듈-시스템의 각 기술별 원가 절감을 목표로 양산기술을 빠르게 확보해 2027년까지 국내 최초로 메가와트(MW)급 고온 수전해 시스템을 설계하는데 도전할 예정이다”고 말했다.

▲고온수전해 셀-스택-핫박스-시스템 개념도.

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