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국내 최대 규모 김천 그린수소 생산 시작…연간 230톤 규모

경북 김천에 국내 최대 규모 그린수소 설비가 들어서 연간 230톤 규모 청정수소가 생산된다. 기후에너지환경부는 25일 오후 김성환 장관이 경북 김천시 어모면에서 열린 '삼성물산 김천 그린수소 생산설비 준공식'에 참석, 수전해 설비·태양광 발전단지 시설 등을 살펴보고 업계 관계자들을 격려했다고 밝혔다. 김천 그린수소 생산설비는 2023년부터 약 3년의 건설기간을 거쳐 이날 준공했다. 태양광 발전(8.3MW)과 수전해 설비(10MW)를 활용해 연간 230톤의 그린수소를 생산할 수 있다. 특히 이 생산설비는 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 시설로 국내에서 가장 큰 규모다. 외부 전력망 활용을 최소화하고 재생에너지를 직접 연결하는 그린수소 생산 방식을 적용했다. 기존에는 제주 행원 3.3MW 수소생산단지가 가장 큰 규모였다. 정부는 그린수소를 새정부 15대 초혁신경제 선도 사업 중 하나로 선정해 범정부 지원체계를 마련하고 예산 확대, 규제개선 등 지원을 강화하고 있다. 정부는 특히, 분리막·전극 등 핵심기술 개발 지원과 함께 최대 100MW급 대규모 실증사업 추진 등 국내 생산역량을 강화한다. 수전해를 국가전략기술로 지정해 ▲민간투자에 대한 세액공제 제공 ▲수전해 시스템, 소재·부품 시험·인증 평가체계 마련 등 제도적 지원도 병행하고 있다. 김성환 기후부 장관은 “김천 그린수소 생산단지가 국내 청정수소 생산기반 마련과 산업생태계 구축에 큰 기여를 할 것”이라며 “정부는 철강 등 온실가스 감축이 어려운 산업의 탈탄소화에 필수적인 청정수소 확대를 위해 국내 산업 경쟁력 강화와 생태계 조성에 최선을 다할 것”이라고 밝혔다.

2026.03.25 16:59주문정 기자

GIST, 비싼 촉매 80% 줄인 수소생산 혁신 기술 개발

국내 연구진이 희귀금속 이리듐 사용량을 80% 정도 줄이면서도 1,000 시간 이상 운영이 가능한 수소생산 고성능 전극을 개발했다. 광주과학기술원(GIST)은 박찬호 화학과 교수 연구팀이 수소 생산에 필요한 핵심 금속인 이리듐(Ir) 사용량을 크게 줄이면서도, 안정적으로 작동하는 촉매와 이를 적용한 고성능 전극을 개발했다고 25일 밝혔다. 수전해는 물을 전기로 분해해 수소를 생산한다. 이 과정에서 이리듐은 물에서 산소를 만들어내는 반응을 촉진하는 핵심 촉매로 사용된다. 그러나 가격이 비싼데다 성능과 수명을 동시에 확보하기 어렵다. 반응 속도(활성)를 높이면 구조가 쉽게 열화되면서 수명이 감소하고, 반대로 내구성을 높이면 반응성이 떨어지기 때문이다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 단단하고 규칙적인 '결정형 구조'와 유연하고 불규칙한 '비정질 구조'를 동시에 갖는 '이중상' 이리듐 산화물 촉매를 개발했다. 속이 빈 공 모양 결정 구조 사이를 비정질 구조가 메우는 형태로 설계, 전자가 통과할 수 있는 연속적인 경로를 확보했다. 비정질 구조는 촉매 반응이 일어나는 자리를 많이 제공해 반응성을 높이고, 결정 구조는 전도성 경로와 구조적 지지 역할을 담당한다. 연구팀은 실제 수소 생산 장치 핵심 부품인 '수전해 단전지(MEA)'에 적용해 성능을 검증했다. 가로·세로 1 cm 면적에서 산업 현장 수준의 높은 전류(1A(암페어))를 지속적으로 흘려보내며 1,000시간 이상 물 분해 실험을 진행한 결과, 성능 저하 없이 안정적으로 수소를 생산하는 것을 확인했다. 특히 1,000시간 이상 연속 가동에도 전압 상승폭이 시간당 31.5 마이크로볼트(μV)에 불과해, 사실상 변화가 거의 없는 수준으로 초기 작동 시와 유사한 효율을 유지했다. 박찬호 교수는 "이리듐 사용량을 기존 상용 단전지 대비 80% 이상 줄이면서도 장시간 안정적으로 작동하는 수전해 단전지를 구현했다"며 "차세대 그린수소 생산 기술인 고분자 전해질막(PEM) 수전해의 상용화 가능성을 높였다는 의미가 있다"고 설명했다. 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스트 사이언스'에 온라인으로 게재됐다. 한편 GIST는 이번 연구 성과를 기술사업화센터를 통해 기술 이전을 추진할 계획이다.

2026.03.25 10:56박희범 기자

차세대 수소 생산 "기술적 진전"…값비싼 촉매 사용량 98.5% 줄여

국내 연구진이 그린수소 생산 핵심 기술인 음이온 교환막 수전해(AEMWE)에서 촉매 사용량과 내구성, 효율을 획기적으로 개선하는데 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST)은 극한물성소재연구센터 나종범 선임연구원과 김종민 책임연구원 연구팀(이상 교신저자)이 원자 하나로 제어할 수 있는 단원자 올인원(All-in-one) 촉매와 무접착 전극 기술을 결합한 차세대 수전해 촉매 소재를 개발했다고 8일 밝혔다. 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'(Advanced Energy Materials, IF:26.0, JCR : 2.5%) 최신 호에 게재됐다. 논문 제1저자는 극한물성소재연구센터 응우옌 퀸 프엉(Ngo Quynh Phuong) 박사후연구원과 백새얀 학생연구원이다. 연구팀은 "수소 발생 반응과 산소 발생 반응을 하나의 전극에서 안정적으로 동시에 수행할 수 있는 것이 특징"이라며 "차세대 그린수소 생산을 위한 기술적 진전"이라고 평가했다. 기존 수전해 시스템은 수소 발생 반응(HER)과 산소 발생 반응(OER)에 서로 다른 촉매와 전극 구조를 써야했다. 또 촉매로 고가 귀금속 사용이 불가피했다. 전극에 촉매를 고정하는 접착제가 전기 흐름을 저해하거나 장시간 운전 시 촉매 탈락을 유발했다. 연구팀은 원자 단위 정밀 제어 기술로 기존 덩어리 형태의 이리듐(Ir) 귀금속 대신 원자단위로 분산시킨 이리듐을 망간(Mn)-니켈(Ni)-피틴산(Phytic acid) 기반 이중층수산화물 지지체 표면에 균일하게 배치했다. 이는 하나의 커다란 바위를 사용하는 대신, 작은 모래알을 넓게 펼쳐 놓은 것과 같은 원리로 이리듐 극소량 만으로도 물 분해 반응이 일어나는 면적을 극대화할 수 있다. 특히, 이리듐 단원자는 지지체와 강한 상호작용을 통해 수소 발생 반응이 일어나는 직접적인 활성점으로 작용하는 한편 산소 발생 반응이 일어나는 니켈 기반 활성점 촉매 성능을 강화하는 역할을 했다. 나종범 선임연구원은 "하나의 단원자 촉매가 두 반응 모두 적합한 반응성을 갖는 양기능성 촉매 특성을 구현했다"며 "촉매를 전극 표면에 직접 성장시키는 방식으로 별도 접착제를 사용하지 않는 전극 구조를 구현했다"고 말했다. 실험결과 이 기술은 이리듐 촉매 사용량을 최대 98.5%까지 줄였다. 수소 및 산소 발생 반응에서 이 촉매를 양극과 음극에 적용한 결과 2.0V에서 1.64 A·cm⁻²를 달성했다. 이는 1㎠(손톱보다 조금 큰 면적)당 1.64A의 전류가 흐른다는 것을 의미한다. 또 음이온 교환막 수전해 시스템에서 300시간 이상 ㎠당 1A로 연속 운전 뒤에도 성능저하가 거의 없는 안정성을 나타냈다. 나종범 선임연구원은 "수전해 시스템의 경제성과 내구성을 동시에 향상시킬 수 있는 기술적 가능성을 제시한 것"이라며 "수전해 장치 상용화를 앞당기고, 수소 에너지 확대에 실질적인 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

2026.02.08 12:00박희범 기자

수소차 연료비 kg당(100km) 3천원 시대 오나…케이세라셀·기계연 등 기술 검증 끝내

수소차 연료 가격을 현행 대비 3분의 1수준으로 낮출 수 있는 파격적인 기술이 개발됐다. 일부 기업은 이례적으로 연구비 외 장비 제작 비용까지 부담한 것으로 확인됐다. 한국기계연구원은 친환경에너지연구본부 무탄소발전연구실 김영상 책임연구원 연구팀 컨소시엄이(주관기관 : 케이세라셀) 국내 최초로 20kW급 연료극지지형 고체산화물 수전해 시스템 설계-운전-평가 전주기 기술을 확보, 검증까지 완료했다고 29일 밝혔다. 수소차 넥쏘에 들어가는 수소 연료비의 경우 kg당 단가가 현재 기준 대략 1만원 선이다. 연비는 1kg에 100km정도 달린다. 김영상 책임연구원은 "당장 상용화하더라도 최소한 기술적으로는 아무 문제가 없다"며 "제작과정에서 과제비가 부족해, 설계 제작을 담당했던 기업 푸른기술에너지가 수 천 만원의 추가 제작비까지 부담하며 만들었다"고 말했다. 그러나 기술력이 문제 없더라도, 상용화를 위해서는 기술적인 문제 외에도, 수요기업 발굴과 마케팅 등 여러가지 풀어야할 숙제가 있다. 컨소시엄은 ▲차세대 고온 수전해 셀 기술(케이세라셀, 전남대, 전북대) ▲고성능 고온 수전해 스택 기술(한국에너지기술연구원, 포스코홀딩스) ▲고효율 고온 수전해 시스템 기술(기계연, 지필로스, BHI, 푸른기술에너지)로 구성됐다. 연구팀은 시스템 전기효율을 83%까지 끌어 올렸다. 수소 생산량은 시간당 6Nm³/h다. 이는 0℃, 1기압 상태에서 시간당 6m³의 수소 생산(0.54kg)을 의미한다. 김영상 책임연구원은 "기존 알칼라인 수전해나 PEM(양성자교환막) 수전해 같은 저온 수전해 기술 대비, 동일한 양의 수소를 생산하기 위해 필요한 전력 소비량을 약 15% 절감할 수 있다. 연구팀은 또 3천 시간 이상 장기 운전까지 성공했다. 김영상 책임연구원은 "궁극적으로 수소 생산 비용을 kg당 3천 원 수준으로 낮출 수 있는 기술적 기반 확보라고 봐달라"고 언급했다. 기계연은 향후 전기효율 85% 이상의 초고효율 고온 수전해 시스템 설계 기술과 AI 기반 고온 수전해 스택 및 시스템 상태 진단 및 수명예측 기술 등을 추가 개발할 계획이다. 한편, 이번 연구는 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원(KETEP) 신재생에너지핵심기술개발사업 '대면적 고효율 고체산화물 수전해(SOEC) 평판형 셀, 20kW급 스택 모듈 및 시스템 개발' 과제를 통해 수행됐다.

2025.09.29 11:05박희범 기자

KIST·삼성E&A, 수소생산 위한 고온 수전해 설비 실증나서

한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 삼성 E&A(사장 남궁 홍)과 '160㎾ 소형 고온 수전해(SOEC) 핫박스(Hot Box) 실증 착수식'을 진행했다고 25일 밝혔다. 이 행사에는 오상록 KIST 원장과 남궁 홍 삼성E&A 사장 등이 참석했다. 160㎾ 규모의 실증사업 착수는 수소 법 제정 이후 국내에서 처음 진행되는 고온 수전해 실증 사업이다. KIST와 삼성E&A는 지난해 2월 공동협력 업무협약(MOU)을 체결했다. 같은 해 7월에는 기술개발을 위한 수전해공동연구소를 출범했다. 이어 대규모 고온 수전해(SOEC) 스택(Stack) 평가 및 실증 설비를 구축하며 협력해왔다. 오상록 원장은 "지난해 12월 규제 샌드박스 최종 승인을 획득하면서 기술 검증에 나섰다"며 "이번 실증 착수에까지 이어지게 됐다"고 설명했다. 이번 실증 설비는 산업 규모 수전해 시설 구축을 위한 사전 평가가 목적이다. 고온에서 작동되는 SOEC 기술의 특징을 고려해 시스템의 안전성과 효율성을 검증하게 된다. 오상록 원장은 “고온 수전해 분야 연구 역량을 바탕으로, 삼성E&A와 이 실증 사업을 성공적으로 수행할 계획"이라며 "지속가능한 에너지 패러다임 전환을 함께 이끌어 나갈 것"이라고 밝혔다.

2025.03.25 08:54박희범 기자