신개념 산소분리막 등장 '친환경 화력발전' 눈앞

에너지硏 설비·제조비 절감기술 개발

한국에너지기술연구원(원장 이기우) 연구진이 산소분리 설비·제조비용을 절감할 수 있는 기술을 개발했다.

9일 에너지연에 따르면 유지행 박사팀이 세륨 산화물(CeO2) 복합체를 이용해 안정ㆍ경제적으로 산소를 분리하는 신개념 세라믹 산소분리막을 개발, 관련 연구결과는 영국 왕립화학회가 발간하는 재료분야 학술지 'Journal of Materials Chemistry A' 표지논문 및 'Chemi- stry of Materials'에 게재(지난 2월)됐다. 현재 실용화를 위한 모듈화 및 주변 장치 개발을 진행 중이다.

이번에 개발된 세륨 산화물 복합체 산소분리막은 안정적으로 산소이온을 전달하는 물질인 세륨 산화물(CeO2)과 전자를 전달하는 물질인 페로브스카이트(Perovskite)를 혼합해 기존보다 저렴한 소재를 사용해도 높은 산소 투과특성을 낼 수 있도록 고안됐다. 산소분리 설비비용을 최대 48%, 산소 제조비용을 최대 68%까지 각각 감소돼 화학적 안정성도 기존 세라믹 산소분리막 대비 10배 이상 향상됐다. 기존의 산소 분리 방법은 끓는점의 차이에 의해 공기에서 산소를 분리하는 심냉분리법에 기초했다. 그러나 분리 시 대규모 공장이 필요하고, 공기를 압축하는 과정에서 많은 전기를 소모해 최종 발전 효율을 9% 저하시키는 단점이 있었다. 이를 극복하기 위해 세라믹 산소분리막 기술이 개발됐지만 높은 산소 제조가격, 취약한 화학적 안정성이 문제로 지적돼왔다.

반면, 세륨 산화물 복합체 분리막은 제조가격과 안정성의 문제를 극복해 기존의 발전 플랜트, 제철산업 효율 상승에 기여할 수 있다. 높은 비용절감 효과를 통해 친환경 발전 기술의 실용화를 앞당길 수 있게 된 것이다. 또, 미국 등 기술 선진국의 투과 성능(3㎖/㎠·min)을 뛰어넘은 세계 최고 수준(3.6㎖/㎠·min)을 기록해 향후 분리막 시장 점유율에서도 우위를 차지할 것으로 기대된다.

연구책임자인 유지행 박사는 “세륨 산화물 복합체 산소분리막 기술은 현존하는 세계 최고 수준의 기술로써, 기존의 산소분리 설비·제조비용을 2/3수준으로 줄여 친환경 발전을 가능케 할 새로운 기술”이라며 ”발전, 철강, 화학 공정, 생명 공학 분야와의 융합을 통해 고부가가치 산업을 창출하고, 창조경제를 실현하는데 기여하겠다”고 밝혔다.

배문숙 기자 moons@