[초점] 중국, 바닷물서 수소와 산소 분리기술 상업화 '착착'

1970년대부터 과학자들은 바닷물을 직접 전기분해하여 수소를 생성하려고 했다. 바닷물은 거의 무한대이기 때문에 자원으로서 가치가 매우 높다.

50여 년의 노력 끝에 마침내 중국에서 바닷물을 수소와 산소로 분리하는 기술 개발에 성공했다고 한다. 이 기술을 개발한 연구팀은 중국 정부로부터 중국 10대 과학발전 중 하나로 인정받았다.
중국 과학팀은 풍력과 전기분해 기술을 결합해 바닷물을 수소와 산소로 직접 분리하는 부유식 엔지니어링 플랫폼을 개발한 것으로 알려졌다.

사우스차이나모닝포스트(SCMP)에 따르면 중국 과학팀은 바닷물을 전환하여 깨끗하고 재생 가능한 에너지를 생산하려는 노력에 더 가까이 다가선 새로운 성과를 개발했다고 보도했다.

선전대학교의 연구원 셰허핑과 국영 오리엔탈파워(Oriental Power Corporation)가 이끄는 기술 과학팀은 담수화 없이 해수를 사용해 수소와 산소를 분리하려는 최초의 시도에서 풍력과 태양에너지를 활용하는 해양기술 플랫폼을 성공적으로 개발했다고 한다.

플랫폼의 핵심 수소 생산 기술 개발자인 셰허핑 박사는 2022년 11월에 네이처 저널에 ‘여과되지 않은 해수의 전기분해 과정’에 관한 과학 논문을 발표한 바 있다.

‘둥푸 넘버원(Dongfu Number One)’이라고 불리는 이 기술 장비는 중국 남동부 푸젠성 해역에 정박돼 있으며, 나무를 쓰러뜨리고 건물의 지붕을 날려버릴 수 있는 바람이나 집을 부수고 자동차를 날려버릴 수 있는 바람과 파도에도 견딜 정도로 강건하다.

SCMP에 따르면 “이 장비는 지난해 10월 첫 가동에서 5일간 연속 운영에 성공적으로 작동했다고 한다. 이는 해상에서 재생에너지를 사용해 수소를 생산할 수 있다는 기대감을 높였다.
수소 생산 기술 엔지니어링 플랫폼은 수소 생산 시스템과 안정적 해상 풍력 공급 시스템을 결합한 구조다. 이 두 가지 구성요소를 결합해 중국 과학자들은 부작용과 오염을 배출하지 않고 바닷물을 수소로 전기분해하는 부유식 환경친화적인 농장을 건설했다고 한다.

해수는 매우 복잡한 미생물과 염분이 포함돼 있어 전기분해 효율이 낮고 분해장치의 수명도 단축한다. 이 때문에 전기분해로 수소를 생산하기가 매우 어렵다.

네덜란드와 독일의 프로젝트는 이런 어려움 때문에 먼저 바닷물을 여과하고 담수화한 다음 생성된 담수를 수소 생산에 사용했다.

그러나 이 방식은 많은 담수화 장비와 대규모 토지 자원이 필요해 공정이 복잡하다. 수소 생산비용과 프로젝트 구축의 어려움도 가중된다.

중국 연구팀은 해상 풍력 발전의 안정적 공급을 보장하는 장치를 개발했다. 10MW 풍력 터빈으로 구동되고 28㎾ 에너지 저장 시스템이 장착된 부유식 전기분해 플랫폼은 100일 연속 거의 10% 패러데이 효율로 수소 생산을 유지할 수 있다. 이 기술을 산업화하는 데 유용한 구조이다.

과학자들은 바닷물에서 10일 동안 작동한 후에도 이 시스템이 여전히 99.99% 이상의 인상적인 이온제거율을 유지하여 99.9%의 순수한 수소를 생산한다고 주장한다.

중국 과학자들에 따르면 이 기술은 수소 1㎏을 생산하는 데 1.57달러가 들어가 천연가스로 수소 1㎏을 생산하는 데 드는 비용보다 싸다.

통상 수소 1㎏을 생산하는 데 드는 비용은 가장 일반적인 방법인 천연가스 개질은 1㎏당 약 3달러, 수전해는 1㎏당 약 5달러의 비용이 든다.

연구팀은 생산 효율성을 높이고 비용을 절감할 수 있는 해법을 지속적으로 찾을 계획이라고 한다. 상업화를 위한 수순을 밟는 것이다.

중국이 이 방식으로 바닷물을 수소와 산소로 분리하는 상업적 전환에 성공하는 기술을 고도화할 경우 에너지 분야에 일대 혁신이 기대된다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com