수소 생산 비용 절감: 알칼리 전해조가 제공하는 솔루션 소개

세계가 청정 에너지로 전환함에 따라, 재생 전력을 사용하여 생산되는 친환경 수소는 운송, 철강, 화학 등 산업의 탈탄소화에 핵심적인 역할을 담당하고 있습니다. 그러나 광범위한 도입의 주요 장벽은 높은 생산 비용입니다. 현재 사용 가능한 전기분해 기술 중 알칼리 전해조(ALK)는 비용 절감을 위한 유망한 방안을 제시합니다.

이 블로그에서는 다음 내용을 살펴보겠습니다.

수소 생산 비용을 낮춰야 하는 이유

알칼리성 전해조의 작동 원리와 비용 이점

ALK를 더욱 경쟁력 있게 만드는 최근의 발전

저렴한 녹색 수소의 미래 전망

과제: 높은 비용 녹색 수소

현재 대부분의 수소는 화석 연료(회색 수소)에서 생산되는데, 이는 저렴하지만 이산화탄소를 배출합니다. 재생 에너지로 물을 전기분해하여 만든 친환경 수소는 깨끗하지만 다음과 같은 이유로 비용이 많이 듭니다.

높은 전기 비용(잉여 재생 에너지가 아닌 경우)

전해조의 자본 지출

유지 보수 및 효율성 손실

녹색 수소가 경쟁하려면 전해조 비용이 크게 낮아져야 하며, 알칼리 전해조가 이러한 추세를 선도하고 있습니다.

왜 알칼리 전해조 (알크)?

알칼리 전해조는 가장 오래되고 발전된 전기분해 기술 중 하나입니다. PEM(양성자 교환막)이나 SOEC(고체 산화물 전기분해 셀)와 같은 대안과 비교할 때, ALK는 다음과 같은 장점을 제공합니다.

1. 자본 비용 절감

값비싼 재료가 필요 없습니다. 백금과 티타늄이 필요한 PEM 전해조와 달리 ALK는 니켈 기반 전극과 액체 알칼리 전해질(KOH 또는 NaOH)을 사용하여 재료 비용을 절감합니다.

더 간단한 구조: ALK는 더 낮은 압력과 온도에서 작동하므로 비용이 많이 드는 고성능 부품을 사용할 필요가 없습니다.

2. 더 긴 수명 및 내구성

검증된 신뢰성: ALK 시스템은 적절한 유지관리를 통해 60,000~100,000시간 이상 작동할 수 있습니다.

불순물에 대한 민감도 낮음: PEM과 달리 ALK는 다양한 수질을 더 잘 견뎌내므로 전처리 비용이 절감됩니다.

3. 산업용 확장성

대규모 수소 생산: ALK 시스템은 이미 암모니아 공장과 정유소에서 사용되고 있으며 규모의 경제 효과를 누리고 있습니다.

간헐적 재생 에너지와의 호환성: PEM이 가변적인 전력에 더 빨리 대응하는 반면, 최신 ALK 설계는 유연성을 향상시키고 있습니다.

최근 혁신으로 비용 절감

ALK는 전통적으로 효율성 면에서 PEM에 뒤처졌지만 최근의 발전으로 격차가 줄어들고 있습니다.

1. 첨단 전극 소재

나노구조 니켈 촉매는 효율성을 개선하고 에너지 소비를 줄입니다.

코팅 기술은 내구성을 향상시켜 교체 비용을 낮춥니다.

2. 재생에너지 통합을 위한 역동적인 운영

새로운 ALK 설계는 빠른 부하 추종 기능을 제공하므로 풍력 및 태양광 발전의 변동에 더 적합합니다.

3. 제조 규모 확대

ALK 스택을 대량 생산하면 단위 비용이 절감됩니다.

4. 하이브리드 시스템(ALK + PEM)

일부 프로젝트에서는 ALK의 저렴한 비용과 PEM의 반응성을 결합하여 성능을 최적화합니다.

미래: ALK가 친환경 수소를 저렴하게 만들 수 있을까?

지속적인 연구 개발과 규모 확장을 통해 알칼리 전해조는 친환경 수소의 비용을 절감하여 화석 연료 기반 수소와 경쟁력을 확보하는 데 도움이 될 수 있습니다. 주요 단계는 다음과 같습니다.

✔ 추가적인 효율성 개선(타겟팅) <45kWh/kg H₂)

✔ 생산 비용 절감을 위한 자동화된 제조

✔ 저렴한 재생 에너지(예: 과잉 태양광/풍력)와의 통합

PEM 전해조가 높은 효율과 유연성으로 주목을 받는 반면, 알칼리 전해조는 대규모 친환경 수소 생산에 비용 효율적인 핵심 요소로 자리 잡고 있습니다. ALK는 지속적인 혁신을 통해 청정 수소를 저렴하게 공급하고 탄소 배출 없는 미래 에너지로의 전환을 가속화하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.