(H2Pro's E-TAC hydrogen production system promises a revolutionary jump in water-splitting efficiency, and a 20-year plunge in the cost of clean hydrogen. Credit: H2Pro)
(Left: a typical single-stage electrolyzer design, with a membrane separating the hydrogen and oxygen gases. Right: the two-stage E-TAC process. The first, cold, electrochemical step generates the hydrogen and oxidizes the anode. The second, thermally-activated step regenerates the anode by releasing the oxygen, and requires no current. Credit: H2Pro)
(On the left, a multi-cell E-TAC implementation. On the right, a single-cell solution. The grey channels represent a flushing fluid, kept at an intermediate temperature, which is used to flush the hot and cold fluids through between stages. Credit: H2Pro)
최근 수소가 미래 청정 에너지원으로 주목 받고 있지만, 사실 기존의 화석 연료를 대체하기에는 몇 가지 큰 장애물이 존재합니다. 다루기 힘들고 비싸다는 점도 문제지만, 사실 현재 우리가 사용하는 수소의 대부분은 천연가스처럼 화석 연료를 이용해서 생산하고 있습니다. 남아도는 전기를 이용해서 물을 산소와 수소로 분해할 수 있지만, 이 과정은 매우 비싸서 실제로 상업적으로는 거의 사용되지 않고 있습니다.
그런데 이스라엘의 스타트업인 H2Pro는 2030년 이전에 수소 1kg 생산 비용을 1달러 이하로 낮출 수 있다고 주장했습니다. 이들이 개발한 E-TAC 시스템은 전기 분해 방식의 수소 생산 시스템인데, 기존의 전기 분해 방식과는 상당히 다른 기술을 사용하고 있습니다. (참고로 천연가스 기반의 수소 1kg 생산 비용이 1-1.8달러이기 때문에 이 가격은 화석연료 기반의 수소보다 저렴하다는 이야기)
전통적인 물의 전기 분해 방식은 양극에서는 산소가 나오고 음극에서는 수소가 나오는 방식으로 에너지 전환 효율은 최대 70% 수준에 불과합니다. 나머지는 열에너지 등으로 낭비되는데 이마저도 전극 소재가 오래 버티지 못하기 때문에 결국 상업적으로 대량 생산을 하기에는 비용이 너무 많이 들어갑니다. 또 두 전극 사이 분리막이 필요한데, 이것 역시 효율과 수명에 악영향을 미치는 인지입니다.
H2Pro가 개발한 E-TAC (Electrochemical - Thermally-Activated Chemical) 물분해 시스템은 분리막을 없앴다는 점이 가장 큰 차이입니다. 분리막이 없기 때문에 OH- 이온이 이동하는 과정에서 효율을 떨어뜨리는 인자가 없습니다. 하지만 그렇다면 어떻게 수소와 산소를 분리하는가라는 의문이 생깁니다. 해답은 두 단계를 거쳐 수소와 산소를 생산하는 것입니다. (위에서 두 번째 사진)
우선 섭씨 25도 정도의 낮은 온도에서 수소(H)가 음극에서 생산되면 나머지 OH (하이드록시기)는 수산화니켈 (nickel hydroxide (Ni(OH)2)) 양극에 결합해 수산화산화니켈 (Nickel oxyhydroxide (NiOOH))이 됩니다. 두 번째 단계에서는 섭씨 95도의 온도에서 양극이 물과 반응해 다시 산소를 내보네게 됩니다. (위의 모식도 참조)
(동영상)
H2Pro는 이 방법이 전통적인 물의 전기 분해 방식보다 대량 생산이 쉽고 효율이 높다고 주장하고 있습니다. 에너지 변환 효율은 95% 이상으로 39.9kWh의 전기만 있으면 1kg의 수소를 생산할 수 있습니다. 전통적인 전기분해 방식은 48kWh의 전기로 1kg의 수소를 생산할 수 있습니다. 다만 이 주장이 모두 사실이라고 해도 상업적 대량 생산에 들어갔을 때 실제로 가격을 1kg당 1달러 미만으로 낮출 수 있을지는 직접 해봐야 알 수 있습니다.
현재 H2Pro는 매우 작은 스케일로 수소를 생산하고 있을 뿐입니다. 하지만 그 기술적 가능성 때문에 빌 게이츠나 현대 자동차 같은 여러 투자자 (Bill Gates's Breakthrough Ventures, Hong Kong billionaire Li Ka-Shing, Hyundai motor company, Sumimoto Corporation)로부터 자금을 끌어모을 수 있었습니다.
과연 이들이 의미 있는 결과물을 내놓을 수 있을지 결과가 궁금합니다.
참고
https://newatlas.com/energy/h2pro-cheap-hydrogen-electrolysis/
댓글
댓글 쓰기