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Nikkei X-TECH_2023.9.29

고효율의 수전해 기술 'SOEC'
양산 규모의 조기 확대가 보급의 열쇠

SOEC(Solid Oxide Electrolysis Cell, 고체산화물형전해셀)는 물을 전기분해(수전해)하여 수소를 얻는 기술 중 하나이다. 재생에너지 유래 전력을 사용하면 CO₂ 프리의 ‘그린수소’를 얻을 수 있다. SOEC는 몇 가지 수전해 기술 중에서 에너지효율, 즉 투입한 전력량에 대해 얻을 수 있는 수소의 에너지 비율이 가장 높다.

SOEC는 수소 등에서 전기를 만드는 SOFC(Solid Oxide Fuel Cell, 고체산화물 연료전지)의 반응을 역으로 추적하는 기술이라고 할 수 있다. 실제로 오랜 기간 SOFC 제품을 개발해 온 오사카가스, 미쓰비시중공업, 도시바에너지시스템즈, 덴소, 히타치하이테크 등 국내 기업들 상당수가 SOEC 장치 개발도 추진하고 있다.

그러나 국내에서는 재생 가능 에너지의 코스트가 높고 수소 시장 규모가 작아, 장치의 양산 및 도입 규모(계획 포함)에서는 독일과 덴마크 기업들이 앞서고 있는 실정이다.

SOEC의 특징은 고가의 귀금속 촉매에 의존하는 대신 수증기를 섭씨 700~800도의 고온 상태로 만들어 수전해를 촉진한다는 점. 따라서 열을 효율적으로 활용하는지 여부, 또는 외부의 열을 이용할 수 있는지 여부에 따라 에너지효율이 좌우된다. 대량의 폐열을 수반하는 제조 공장 내에 SOEC 장치를 병설해 그 열을 이용할 수 있게 된다면 에너지효율을 크게 높일 수 있다.

이 때문에 수소 환원 제철을 원하는 철강 제조사에게는 안성맞춤인 기술로, 독일 등에서는 이미 채택된 사례도 있다. 오사카가스는 SOEC로 생산한 수소와 CO₂로 메탄을 합성하는 과정에서 얻을 수 있는 폐열을 SOEC에 이용하는 시스템 ‘SOEC 메타네이션(SOEC Methanation)’을 개발하고 있다.

-- 해외 기업에 더욱 뒤처질 수 있어 --
과제는 장치의 도입 코스트가 높다는 것. 수전해 장치의 코스트 절감 경쟁에서 SOEC 장치는 급속한 도입 규모 확대와 가격 저하가 진행되고 있는 알칼리 수전해 장치에 뒤처지고 있다. 하지만, 알칼리 수전해에는 알칼리 용액의 부식성이 높아 운용 비용이 든다는 단점이 있어, 종합적으로 볼 때 어느 쪽이 비용 절감에 유리할지 명확하지는 않다.

에너지효율은 자주 부피가 1Nm³(노르말루베)의 수소를 제조하는 데 필요한 전력량(kWh/Nm³)으로 표시된다. 이 값이 작을수록 효율이 높다. 현시점에서 에너지효율이 높은 것은 독일 Sunfire의 장치로, 폐열을 이용하거나 재이용할 경우 3.6kWh/Nm³. 한편, 국내 제조사의 장치는 4kWh/Nm³ 전후가 많다.

과제인 장치 가격은 향후 양산으로 인해 크게 낮아질 것으로 보인다. 하지만, 양산이나 도입 규모에서 뒤처져 있는 국내 업체들의 장치 가격이 고공행진하고, 그 결과 양산이 더디게 되는 악순환에 빠질 우려도 나오고 있다.

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