[에너지타임즈 장효진 기자] 국내 연구진이 태양열을 이용해 수소를 제조하는 기술을 세계에서 5번째로 개발하는데 성공했다.

한국에너지기술연구원(황주호 원장)은 기존에 난방이나 급탕용으로만 이용하던 태양열을 이용해 수소를 생산하는 기술을 개발했다고 지난 18일 밝혔다.

이번에 개발된 ‘초고온 고집광 태양로 기술’은 태양광을 1만배로 모아서 얻은 2200℃ 이상의 고온으로 수소를 생산하는 기술로 미국, 프랑스, 스위스, 스페인에 이어 세계 5번째로 개발됐다.

수소는 연료전지자동차의 연료나 에너지 저장을 위해 사용되며, 현재는 기존의 화석 에너지를 사용해 전기분해나 열분해 방식, 개질기를 통한 방식 등으로 얻고 있다.

‘초고온 고집광 태양로 기술’은 수소 생산에 필요한 높은 온도의 열을 태양광으로부터 얻을 수 있기 때문에 수소에너지의 상용화를 앞당길 수 있는 기술로 평가받고 있다.

태양로는 포물면을 갖는 집광기와 집광기로 수평광을 보내주는 헬리오스탯(heliostat)으로 구성된다.

헬리오스탯은 태양의 고도 및 방위를 계산해 정밀하게 추적하고 태양광을 반사해 포물면 집광기로 수평광을 보내주어 집광기에서 모으게 한다. 헬리오스탯은 100㎡의 반사면적을 가지고 있으며 태양추적 및 반사 정밀도는 3mrad(0.17°)로 세계적 수준이다.

태양광을 집광하게 되면 높은 온도를 얻을 수 있게 되는데, 집광률에 따라 얻을 수 있는 온도를 조절할 수 있다.
에기연에 따르면 1차 집광기를 사용할 때 3000배의 집광이 가능하며 온도를 약 1600℃까지 올릴 수 있고, 2차 집광기를 사용하면 1만배 집광으로 현재 2200℃ 이상까지 올릴 수 있다. 이는 다단계 공정을 통해 물로부터 수소를 확보할 수 있다.

태양로는 다양한 온도대의 고온이 요구되는 수소 생산반응 기술에 활용될 수 있다. 메탄 수증기 개질반응이나 메탄 직접분해 반응을 통해 수소를 제조할 수 있으며, 수증기 개질반응의 경우 반응전과 비교해 약 25% 정도 향상된 열량의 반응 생성물을 얻을 수 있다.

태양에너지를 화학에너지로 변환해 장기간 저장하거나, 장거리 수송이 용이하다는 점 등 다양한 장점도 가지고 있다.

에기연은 개발된 태양로를 이용해 물을 이용한 다단계 수소생산반응으로 수소를 얻을 수 있는 연구에 활용할 예정이며, 일본 니가타 대학 등과의 국제 공동연구로 새로운 기술에 적용할 계획이다.

연구책임자인 강용혁 박사는 “40kWt 규모의 고집광 태양로 국산화는 연료전지 자동차 등에 사용될 연료와 석유, 석탄을 대체할 발전용 연료로 쓰일 수 있는 미래 에너지인 수소를 생산하는데 사용될 것”이라며 “신물질 제조기술이나 우주산업 대응 기술로까지 확장이 가능할 것”이라고 말했다.