한국화학연구원이 수소차 연료전지 핵심 소재인 전해질 막 ‘과불화술폰산 이오노머(PFSA)’를 국산화하기 위해 ㈜켐트로스와 지난 16일 계약을 체결하고 기술을 이전키로 했다.
과불화술폰산 이오노머는 불화탄소(C·F)로 구성된 고분자 물질로 수소이온(H+)을 전달하는 역할을 한다.
수소차, 에너지 저장장치(ESS), 소규모 발전설비인 분산전원, 전기분해장치인 전해조 등에 사용되고 있다.
수소차는 연료전지에서 수소와 산소의 화학적 반응으로 물이 배출되고 전기가 생성되는 원리다.
연료전지 내 수소이온을 통과시켜 산소와 반응을 일으키게 하는 전해질 막이 매우 중요하다.
수소차의 수소연료전지의 경우 전해질 막이 과불화술폰산 이오노머다.
하지만 수분·온도 및 폭발성 등 여러 민감한 변수가 있어 제조 공정이 쉽지 않다.
듀폰 등 일부 글로벌 기업만 제조할 수 있어 국내에서는 전량 수입에 의존하고 있다.
한국화학연구원 불소화학소재공정 국가연구실은 30년 이상 축적한 불소 화합물 연구역량을 바탕으로 2018년 국내 최초로 과불화술폰산 이오노머 합성기술을 개발했다.
이후 상업화를 위한 생산 공정을 계속 연구해왔다.
화학연은 과불화술폰산 이오노머의 기초원료 제조공정, 단량체로부터 제조공정 등 상업화에 필요한 제조공정 총 9단계를 최적화해 이번에 켐트로스에 기술 이전한다.
2022년 생산을 목표로 켐트로스와 함께 연간 100톤 규모 상업 생산 공장 설계 및 건설 시제품의 장기 안정성 평가 등을 추진 중이다.
승용차 1㎏ 사용량 기준으로 연 10만대에 활용할 수 있는 규모다.
이미혜 화학연구원장은 "과불화술폰산 이오노머의 제조와 활용기술은 수소차·에너지저장장치 등 다양한 곳에 쓰일 수 있어 국가전략산업인 그린뉴딜 및 수소산업 발전과 탄소중립 실현에 기여할 수 있다"며 "소재·부품 및 장비의 핵심소재로 해외에서 전량 수입해온 소재를 국산화해 관련 산업을 육성할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
박인준 연구책임자는 "과불화술폰산 이오노머의 제조 공정은 진입장벽이 높아 미국, 일본 벨기에 등 일부 선진국가만 보유하고 있다"며 "국내 독자 기술로 개발해 의미가 깊고 향후 상용화를 위해 기업과 후속 연구를 진행하겠다"고 말했다.
한국화학연구원에서 개발한 과불화술폰산 이오노머(PFSA) 제조 공정 및 장치/한국화학연구원 제공
한편 정부의 수소경제 활성화 로드맵에 따라 우리나라 수소차 생산 규모는 연간 2022년 8만1000대대, 2040년 620만대로 확대될 예정이다.
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