국내 연구진이 수소자동차 연료전지 핵심소재를 제조할 수 있는 기술을 개발해 주목된다.
박인준, 소원욱, 손은호 한국화학연구원 박사팀과 상명대 박진수 교수, 단국대 이창현 교수팀은 수소자동차 연료전지의 핵심소재인 PFSA(Perfluorosulfonic Acid) 전해질을 국내에서 처음으로 개발했다.
수소자동차는 연료전지에서 수소와 산소의 화학적 반응으로 물이 배출되고 전기가 생성되는 원리로 움직이며 연료전지 내의 수소를 통과시켜 산소와 반응을 일으키게 하는 분리막과 전해질 물질이 중요한 역할을 수행하고 있다.
분리막과 전해질은 여러 종류가 있으나 현재 PFSA 전해질을 투입한 형태의 성능이 가장 좋은 것으로 평가되고 있다.
하지만, 제조공정이 까다로워 세계적으로 극소수만이 제조할 수 있는 것으로 알려졌다.
PFSA를 만들기 위해서는 기초 원료 투입부터 9단계 공정을 설계‧운영해야 하며 모든 공정이 적은 양의 수분도 용납하지 않을 정도로 매우 민감할 뿐만 아니라 첫단계 기초 원료인 TFE(Tetrafluoroethylene)도 폭발성이 강하고 이송이 불가능해 만들기 어렵다.
또 공정에 쓰이는 불소계 개시제도 극저온에서 만들어서 바로 사용해야 한다는 어려움이 있는 등 여러 복합적인 난제로 국내에서는 PFSA 제조기술을 그동안 개발하지 못했다.
그러나 박인준 화학연구원 박사팀은 30여년간 축적한 불소계 화합물 제조기술 역량을 바탕으로 3년 연구 끝에 기초 원료 물질 제조기술, 원료 물질로부터 PFSA 전단계 물질인 단량체를 합성하는 공정, 불소 고분자를 중합하는 공정, 최종 결과물로 변환하는 공정 등 9단계의 공정 전부를 개발했다.
개발기술은 상업공정 적용이 가능한 하루 5kg 생산능력의 공정을 건설‧운영해 얻은 것으로 상용화에 직접 적용할 수 있으며 최종 결과물은 현재 가장 높은 시장점유율을 보유한 듀폰(DuPont)의 생산제품과 견줄 수준으로 성능이 우수한 것으로 알려졌다.
화학연구원은 앞으로 시제품의 장기 안정성 평가, 제조공정의 최적 가동조건 검증 등을 거쳐 관련기업에게 기술이전 및 상용화를 추진할 계획이다.
수소자동차는 2015년 상용화 이후 출시가 늘어나 2022년에는 25만대가 생산될 것으로 예측되고 있으며 세계 시장규모는 1조100억원 수준으로 예상된다.
박인준 박사는 “PFSA 제조기술은 수입도 불가능해 생산제품만 수입하고 있었다”면서 “기술 국산화가 한국이 친환경 수소자동차 및 불소 산업 분야의 선도국으로 도약하는데 기여할 것으로 기대된다”고 강조했다.
연구는 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원 에너지 기술개발사업의 지원으로 수행됐다. <강윤화 기자>