수소응용기술
수소응용기술은 미래 사회를 위한 새로운 에너지 벡터입니다. HEF는 수소의 생산, 운송, 저장과 전기분해, 압축, 연료전지, 수소엔진 등 다양한 수소에너지기술과 관련된 표면현상을 연구 및 분석함으로써 보다 안전하고 효율적인 수소응용기술 구현을 지원합니다.
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알고 계셨나요?
사회 전반의 탈탄소화라는 맥락에서, 수소는 미래 에너지를 위한 주요 솔루션 중 하나로 주목받고 있습니다. 수소는 수십 년 전부터 연구되어 온 주제이며, ‘에너지 벡터’로 활용되기 위해서는 먼저 생산된 후 저장된 뒤 사용되어야 합니다. 이러한 특성에도 불구하고, 수소는 산업 분야와 모빌리티 분야의 추진력을 바탕으로 에너지 전환 과정에서 중요한 역할을 할 잠재력을 지니고 있습니다.
수소는 자원이 풍부하고 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경 에너지원입니다. 수소에너지의 밸류체인은 크게 생산, 저장, 운송, 활용의 단계로 구분할 수 있습니다.
HEF는 이러한 환경 과제에 대응하기 위해, 수소와 같은 탈탄소 에너지와 연계된 시장으로 사업영역을 확장하고 있으며, 수소생산이라는 상류 단계부터 전기 모빌리티 및 열 모빌리티에서의 수소활용에 이르기까지 전 주기에 걸쳐 기술역량을 전개합니다.
HEF는 2025년부터 견고하고 지속가능하며 경제적으로 경쟁력 있는 솔루션을 제공하고, 2030년까지 대규모 사용화 실현을 목표로 하고 있습니다.
연료전지의 원리는 전기분해의 역과정입니다. 수소와 산소가 반응하면서 물과 소량의 열뿐만 아니라 전기도 생산되어 이것을 다양한 용도로 활용할 수 있습니다.
현재 연료전지는 모빌리티 분야에서 ‘수소연료전지차량’과 같은 차세대 전기차의 동력원으로 사용되고 있습니다.
또한 수소응용기술은 버스, 열차와 같은 대중교통 수단을 비롯해, 택시, 물류차량, 관용차량, 전동지게차와 같은 ‘사용 빈도가 높은 차량집중사용차량’에도 폭넓게 적용될 수 있습니다. 예를 들어, 수소지게차는 충전에 단 몇 분밖에 걸리지 않아, 기존 배터리 방식의 전동지게차가 보통 약 8시간이 필요한 것과 비교하여 운영효율 측면에서 큰 장점을 제공합니다.
수소의 에너지 밀도는 매우 높습니다. 수소 1 kg에는 휘발유 3~4 kg에 해당하는 에너지가 들어 있습니다. 다만, 자연 상태에서는 기체 밀도가 매우 낮기 때문에 실제로 사용하기 위해서는 추출 및 압축 과정이 필요합니다.
이 에너지를 활용하는 주요 방식은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.
– 열에너지 방식: 수소와 산소의 연소를 통해 에너지를 얻는 방식(연소 부산물로 물이 생성되며, 이 방식은 유럽 아리안(Ariane) 발사체에 사용된 벌컨 엔진에도 적용)
– 전기에너지 방식: ‘수소배터리’라고도 불리는 연료전지를 이용해 전기를 생산하는 방식
HEF의 최첨단 표면 코팅 기술로 연료전지 성능을 끌어올리세요
HEF의 기술 및 혁신적인 PVD 코팅은 연료전지 핵심 부품인 바이폴라 플레이트의 표면 특성 개선 및/또는 새로운 기능을 부여합니다. 또한 고온, 산성 환경 등 혹독한 조건에서도 내식 성능을 향상시키는 수소기술전용 표면 솔루션을 제공합니다.
HEF는 금속 바이폴라 플레이트를 위한 독자적이면서도 고내구성 탄소코팅 기술을 개발하고 있습니다. 이 바이폴라 플레이트는 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)의 핵심 구성요소입니다.
HEF의 코팅은 부식으로부터 부품을 보호하고, 수천 시간의 운전조건에서도 우수한 전기 전도성을 유지하며, 오염물질 방출을 최소화하는 차단효과를 제공합니다.
전해조(electrolyzer)를 위한 고성능 코팅 솔루션
수소는 사용되기 전에 먼저 생산되어야 합니다.
현재 전 세계 수소의 약 95%는 화석연료의 ‘스팀개질’ 방식으로 생산됩니다. 이 공정은 수증기, 열, 촉매를 이용한 탄화수소 분자를 분해하여 수소를 생성하는 화학반응 방식이지만, 그 과정에서 이산화탄소가 발생한다는 한계를 가지고 있습니다.
수소는 또한 물과 전기를 이용한 전기분해 방식으로도 생산할 수 있습니다. 이 방식은 물 분자를 수소와 산소로 분리하는 원리로 연료전지의 원리와는 반대이지만, 기술적으로는 연료전지와 매우 유사한 구조를 갖습니다. 대형 전기화학 단전지를 직렬로 연결한 ‘스택’ 구조를 통해 물로부터 수소를 생산합니다.
에너지 밀도는 구성요소의 표면특성에 크게 의존합니다. HEF는 이 분야에서도 수십 나노미터 수준까지 제어 가능한 정밀한 표면품질관리 기반의 설계, 제작, 디자인 개발 역량을 제공합니다.
전해조의 각 셀에는 유체 및 전류 분포에 중요한 역할을 하는 다공성 전달층(PTL)과 바이폴라 분리판이 포함되어 있습니다. 그러나 이 부품들은 강한 부식 환경에서 운영됩니다.
HEF가 개발한 혁신적인 PVD 코팅 및 PVD-PECVD 표면가공처리기술은 이러한 부품의 성능을 최적화하고 내구성을 확보하는 데 핵심적인 역할을 하며, 동시에 귀금속 사용량을 최소화하는 데 기여합니다.
