中 난징 대학, 해수 직접 분해 ‘수소 생산 장치' 개발

[디지털비즈온 이호선 기자] 중국 연구팀이 바닷물을 분해 수소를 직접 생산하는 장치를 개발했다. 멤브레인 기반 해수 전해조인 이 장치는 기존 방법의 부반응 및 부식 문제를 해결하는 데 도움이 된다고 외신들이 보도했다.

해수 담수화 장치는 염수의 특성으로 인해 다양한 시스템에 사용되는 전극이 부식되어 내구성이 약한 것이 문제점으로 지적되어왔다.

중국 난징 기술 대학의 연구원들은 실증 시스템은 제곱센티미터당 250밀리암페어의 전류 밀도에서 3,200시간 (133일) 이상 실제 적용 조건에서 고장 없이 안정적으로 작동했다. 이 연구는 네이처(Nature) 저널에 실렸다.

전해조는 농축된 수산화칼륨 전해질과 값싸고 방수가 되며 통기성이 있고 생물학적 오염을 방지하는 PTFE 기반 멤브레인을 사용하여 해수를 완전히 분리했다.

이 막은 액체 상태의 물이 통과하는 것을 방지하지만 수증기는 통과시킬 수 있었다. 해수 쪽과 전해질 쪽의 수증기압 차이는 '해수 쪽에서 자발적인 해수 가스화(증발)의 원동력'을 제공했다.

연구팀은 중국 선전 만(Shenzhen Bay)의 바닷물에서 중간 크기의 여행 가방 두 개 정도 크기의 소형 11셀 전해조 상자를 테스트 실시했다. 133일간의 테스트 동안 시간당 약 386리터의 수소 가스를 생성했다.

연료 전지 EV의 맥락에서 자동차가 1kg의 수소로 약 100km(62mi)를 주행한다고 가정하면 이‘11셀 장치’는 자동차를 약 3.2km(2mi) 주행할 수 있는 시간당 충분한 수소를 생성한것과  동일하다.

효율성 측면에서 전해조는 생산된 수소의 각 표준 입방 미터(Nm)당 약 5kWh를 소비했다. 수소는 Nm3당 약 3.544kWh의 에너지를 운반하므로 이 해수 전해조는 약 71% 효율로 작동된다.

운영 비용의 눈에 띄는 증가 없이 담수 분할과 유사한 방식으로 효율적이고 크기가 유연하며 확장 가능한 직접 해수 전기 분해를 실현하며 실제 적용 가능성이 높다고 과학 전문가들은 예측했다.

연구팀은 사우디아라비아의 KAUST 팀이 바닷물에서 인산리튬을 빨아들이는 해수 전기분해 장치를 개발하고 테스트를 2020년에도 실시했다.