| 초록 |
1.분석자 서문 최근 에너지 및 환경 문제로 인해서 대체에너지에 대한 수요가 증가하고 있지만 태양광, 바람 등을 에너지원으로 하여 에너지를 생산하기 때문에 에너지 공급이 불안정하다는 점이 단점으로 꼽히고 있다. 이러한 문제가 대두되고 있는 가운데 수전해는 이들의 Power to gas(P2G) 혹은 Power to liquid(P2L)를 통한 에너지 저장, 그리드 밸런싱, 부분 간 결합을 위한 기술로서 각광을 받고 있으며 특히 유럽을 중심으로 많은 연구 및 실증이 진행 중이다. 본 논문에서는 수전해 기술에 대한 기본 이해를 바탕으로 기술적, 경제적 분석을 통한 수전해 기술의 현황을 제시하고자 하였다[1]. 이를 통해 여러 연구진 및 기업들을 통해 진행되고 있는 수전해 기술 개발 현황에 대한 이해를 증진시킬 수 있을 뿐만 아니라 앞으로 나아가야 할 방향을 가늠해볼 수 있을 것으로 기대된다. 2. 목차 1. 개요 2. 수전해의 기초 3. 수전해의 분류 및 시장 현황 3.1. 알칼라인 수전해 (AEL) 3.2. 양이온 교환막 수전해 (PEMEL) 3.3. 고체 산화물 수전해 (SOEL) 4. 수전해 기술의 비교 4.1. 성능 4.2. 가압 운전 4.3. 규모 4.4. 부하 범위 4.5. Cold/Warm 시동 4.6. 내구성 4.7. 비용 5. 분석자 결론 환경오염 및 에너지 오염으로 인하여 대체에너지원으로서 개발에 박차를 가하고 있는 태양광, 풍력과 같은 재생에너지의 보급 확대와 더불어 이들의 불안정한 출력으로 인한 문제를 해결하고자 P2G 혹은 P2L 기술이 관심을 받고 있는 상황에서 핵심기술인 수전해 기술에 대한 관심도 함께 증가하고 있다. 본 논문에서는 기존에 진행된 다양한 연구 결과를 토대로 수전해 기술의 현황에 대해서 제시하고자 하였다(표 1). 앞서 기술한 바와 같이 수전해 기술은 크게는 저온, 고온의 두 가지로 전해질의 종류에 따라서 AEL, PEMEL, SOEL의 세 가지로 구분 지을 수 있다. AEL의 경우 가장 성숙된 기술로서 이미 상업화되어 오랜 기간 동안 활용되어왔다. 투자 및 유지 비용이 다른 형태의 수전해 장치보다 저렴하다는 장점이 있으나 다공성 격막을 사용하기 때문에 높은 부하의 운전에 주의를 요하고 생성 가스의 순도가 높지 못하다는 단점이 있다. PEMEL의 경우 귀금속 및 교환막 같은 값비싼 소재로 인하여 소비되는 비용이 높지만 AEL에 비해 콤팩트하고 구동에 있어 높은 유연성을 확보할 수 있다. SOEL의 경우 가역 운전이 가능하고 동시 전해를 통한 합성가스의 생성이 가능하다는 점 등 많은 장점이 있으나 아직 연구 단계에 머물러 있기 때문에 많은 부분에서 검증이 필요한 상황이다. 이와 같이 수전해 시스템은 각각의 장점으로 인해 많은 연구가 진행되고 있는 상황이지만 P2G 혹은 P2L에 실제적으로 적용하기 위해서는 앞으로도 많은 연구가 필요해 보인다. AEL의 경우에는 전해질로서 액체로 된 KOH 혹은 NaOH를 주로 활용하게 되는데 이로 인한 부하의 제한 및 순도의 문제 등이 있기 때문에 이를 해결할 수 있는 음이온 교환막의 개발이 필요할 것으로 생각된다. 또한 효율을 높일 수 있도록 활성이 좋은 촉매의 개발도 필요할 것이다. PEMEL의 경우에는 가격경쟁력 확보가 가장 우선적으로 해결되어야 할 과제로 꼽힌다. 이를 위해서 많은 연구 기관에서 저렴한 촉매, 교환막, 분리판 등의 개발에 박차를 가하고 있는 상황이다. SOEL의 경우에는 앞서 언급한 바와 같이 아직 연구실 수준에서 진행되는 연구들이 많이 있기 때문에 실제 시스템 설치 및 운전을 통한 검증이 하루빨리 이루어질 필요가 있다. 이와 더불어 내구성 문제는 모든 형태의 수전해 장치에서 반드시 해결되어야 하는 부분이고, P2G 및 P2L에 적용을 통한 그리드 밸런싱의 안정성을 위해 운전에 필요한 시동시간이 1초 미만으로 단축될 필요가 있다고 여겨진다. 이와 같이 수전해 기술은 아직 많은 부분에서 해결해야 할 문제들과 향상시킬 수 있는 점들이 있기 때문에 활발한 투자를 통해서 해당 기술의 향상을 모색할 필요가 있다고 생각되며 본 자료는 향후 연구를 진행하는 데에 좋은 참고자료로 활용할 수 있을 것이라 생각된다. References 1. Alexander Buttlera and Hartmut Spliethoff, Current status of water electrolysis for energy storage, grid balancing and sector coupling via power-to-gas and power-to-liquids: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. 2. EASE ndash; European Association for Storage of Energy, EASE Recommendations on Sectoral Integration Through Power-to-Gas/Power-to-Liquid, 2017. 3. Jacques de Bucy, The Potential of Power-to-Gas_ENEA, 2016. 4. Manuel GOtz, Jonathan Lefebvre, Friedemann MOrs, Amy McDaniel Koch, Frank Graf, Siegfried Bajohr, Rainer Reimert, Thomas Kolb, Renewable Power-to-Gas: A technological and economic review, Renewable Energy, 2016. 5. Badwal S.P.S., Kulkarni A.P., Ju H., Giddey S., Solar Fuels. In: Uosaki K. (eds) Electrochemical Science for a Sustainable Society. Springer, Cham, 2017. 6. Areum Jun, Junyoung Kim, Jeeyoung Shin, Guntae Kim, Achieving High Efficiency and Eliminating Degradation in Solid Oxide Electrochemical Cells Using High Oxygen-Capacity Perovskite, Angewandte Chemie, 2016. ※ 이 자료의 분석은 MPI-CEC의 신동윤님께서 수고해주셨습니다. |
