[코오롱인더스트리] 친환경 수소연료전지차 상용화를 돕는 멤브레인 기술

정수기 여과막 기술이 수소연료전지차에?

코오롱인더스트리만의 특별한 멤브레인 시스템

안녕하세요, 코오롱 블로그지기입니다.

언제나 깨끗한 물을 마실 수 있게 하는 정수기는 우리 일상 곳곳에 자리한 친근한 도구인데요. 정수기의 작동 원리는 분리막을 이용해 물을 거르는 것입니다. 언뜻 보면 간단해 보이지만 이때 쓰이는 분리막인 ‘멤브레인’은 정수기뿐만 아니라 수소연료전지의 효율성을 높이는 기술집약적인 소재입니다.

멤브레인은 원하는 물질만 통과시키고 그렇지 않은 부분은 걸러내는 분리막입니다. 멤브레인 기술은 정수처리부터 공업, 식품, 의학, 연료전지 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 또한 멤브레인의 분리막 기술은 신재생에너지 분야로도 확장할 수 있어 대표적인 미래 성장동력 중 하나로 꼽히지요.

▲ (좌) 멤브레인 단면 / (우) 연료전지 수분 제어용 멤브레인 시스템

멤브레인 시스템 시장의 강자, 코오롱인더스트리

 

코오롱인더스트리는 국내 기업 중 멤브레인 시스템에서 돋보이는 기술력을 자랑합니다. 지난 7월, 코오롱인더스트리는 현대자동차와 공동 개발한 ‘연료전지 수분 제어용 멤브레인 시스템’으로 2013년 제23주 차 장영실상을 수상한 바 있습니다. 장영실상은 우수한 국내 개발 제품을 선정해 시상하는 우리나라 최고 권위의 기술상입니다. 코오롱인더스트리는 지금까지 IR52 장영실상을 20회 수상하며 첨단 소재 분야에서 연구 성과를 검증 받아왔답니다.

수소연료전지의 효율성을 끌어올리는 연료전지 수분 제어용 멤브레인 시스템

 

‘연료전지 수분 제어용 멤브레인 시스템’은 뛰어난 수분 통과 성능으로 수소연료전지가 전기를 만들고 생기는 물질 중 수분을 여과하도록 도와주는 시스템입니다. 수소연료전지는 수소와 산소를 반응시켜 전기를 생산하죠. 고분자 연료전지는 함유하고 있는 수분 비율이 낮아지면 자연스레 성능이 떨어지기 때문에 주기적으로 수분을 공급해줘야 하는데요. 그래서 수소연료전지를 포함한 고분자 연료전지에는 가습 시스템이 포함돼 있습니다.

수분 공급을 위해 라디에이터와 물탱크가 따로 필요했던 일반 가습 시스템에 비해 연료전지 수분 제어용 멤브레인 시스템은 수소와 산소가 반응 한 뒤 나오는 수분을 재순환해 사용합니다. 분리막인 멤브레인의 특성을 활용해서 수소연료전지가 전기를 만들 때 발생하는 여러 가지 부산물에서 수분만 선택적으로 통과해 수분을 공급해주는 원리입니다.

▲ 수소연료전지의 원리

 

 

수소연료전지차 상용화를 앞당긴 연료전지 수분 제어용 멤브레인

 

수분공급을 통해 수소연료전지의 효율성을 높여주는 연료전지 수분 제어용 멤브레인 시스템의 개발을 가장 반기는 것은 자동차업체입니다. 비교적 적은 공간에 동력원을 넣어야 하기 때문에 수소연료전지차는 멤브레인을 기반으로 한 막가습기 시스템이 필요하죠.

▲ 연료전지 수분 제어용 멤브레인을 사용한 막가습기 시스템

 

연료전지 수분 제어용 멤브레인 시스템의 개발은 막가습기 시스템의 상용화를 앞당겼습니다. 이전에는 막가습기 시스템을 개발하기 위해 친수성(물에 친한 성질)이 강한 불소계 멤브레인을 이용했습니다. 하지만 불소계 멤브레인은 단가가 매우 비싸다는 점 때문에 상용화에 어려움이 있었죠. 이에 코오롱인더스트리와 현대자동차는 탄화수소계 재질에 스펀지처럼 얇은 다공성 구조를 만들어 불소계 제품만큼 수분 통과 성능이 뛰어난 제품을 개발했습니다.

연료전지 수분 제어용 멤브레인 시스템은 불소계 수분 제어용 멤브레인과 성능은 대등하지만 단가는 약 10분의 1 수준밖에 되지 않아 매우 경제적입니다. 또한 영하40도부터 영상 120도에 이르는 온도에서도 작동이 가능하고, 산악이나 자갈밭의 진동에도 견디는 등 내구성도 뛰어나 불소계 멤브레인을 대체할 차세대 제품으로 주목 받고 있답니다.

연구 개발 책임자인 코오롱중앙기술원 에코연구소 이무석 수석연구원과 김경주 책임연구원은 “선진국을 중심으로 고분자 연료전지 시장은 2020년이면 13조 원 이상으로 확대될 전망입니다. 지속적인 기술 개발을 통해 시장을 넓히고 연료전지 수분 제어 시스템의 표준 제품화를 달성해 ‘세계시장 40% 이상 점유’ 목표를 달성하겠습니다”라며 당찬 포부를 밝혔답니다.

이번 연료전지 수분 제어용 멤브레인 시스템 개발로 수소연료전지차가 우리에게 좀 더 가까워진 듯 하네요. 친환경 기술로 앞서가는 코오롱인더스트리의 행보가 기대됩니다.