수소 전극 시험대 오른 LG화학…전해조 투자는 감소세 [뉴스] LG화학이 이리듐 사용량을 줄인 PEM 수전해 전극을 개발해 글로벌 수전해 업체의 성능 평가를 진행하고 있다. / 출처 = LG화학
LG화학이 그린수소 설비용 전극을 해외 업체 평가에 올렸다.
LG화학은 26일 이리듐 사용량을 줄인 고분자전해질막(PEM) 수전해 전극을 개발해 복수의 글로벌 수전해 시스템 기업이 성능을 시험하고 있다고 밝혔다.
전극에 들어가는 이리듐은 세계 광산 생산량이 연 7톤대에 그쳐, 사용량 절감이 그린수소 설비 확대의 핵심 조건으로 꼽혀 왔다.
이리듐 0.4㎎으로 2600시간…해외 업체 성능 평가 착수
고분자전해질막(PEM) 수전해는 수소이온만 통과시키는 막을 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 방식이다. 전극에는 강한 산성과 높은 전압을 견디는 이리듐 촉매가 쓰이며, 이를 대체할 상용 소재는 제한적이다.
문제는 공급량이다. 백금족 금속을 정련·거래하는 영국 존슨매티(Johnson Matthey)는 올해 세계 이리듐 광산 생산량을 7.1톤, 수요를 7.5톤으로 전망했다. 이리듐은 백금 채굴 과정에서 부산물로 회수되기 때문에 가격이 올라도 생산량을 빠르게 늘리기 어렵다. 올해 1분기 가격은 온스당 8000달러(약 1167만원)로 사상 최고치를 기록했다.
이리듐 사용량을 줄이면 원가는 낮아지지만 촉매가 녹아 나오거나 전극 구조가 손상돼 수명이 짧아질 수 있다. 사용량과 내구성을 동시에 확보하는 것이 PEM 수전해 기술의 핵심 과제로 지적돼 온 이유다.
LG화학 연구진은 이리듐 촉매 표면에 이산화티타늄을 원자층 단위로 입혔다. 개발한 전극은 제곱센티미터당 이리듐 0.4㎎을 사용한 조건에서 2600시간 동안 성능 저하 없이 작동했다. 코팅하지 않은 전극은 같은 조건에서 1000시간 동안 성능이 계속 떨어졌다.
전극 원료는 외부에서 조달했다. 이리듐 촉매는 일본 다나카귀금속공업, 전해질막은 미국 케무어스와 고어 제품을 사용했다. 촉매나 막을 직접 만드는 대신 이를 가공하는 공정에서 경쟁력을 확보하겠다는 것이다.
연구진은 개발한 전극의 성능 저하 속도가 미국 에너지부가 수전해 기술개발 기준으로 제시한 올해 목표치에 도달했다고 밝혔다. 연구 결과는 지난 4일 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.
다만 귀금속 사용량은 목표치를 웃돌았다. 양극의 이리듐과 음극의 백금을 합친 사용량은 제곱센티미터당 0.6㎎으로, 에너지부가 제시한 상한인 0.5㎎보다 많았다. 내구성은 확보했지만 원가 절감 측면에서는 추가 개선이 필요한 셈이다.
성능 평가를 진행 중인 고객사 명단과 공급계약 여부, 양산 시점은 공개되지 않았다.
EU 재생수소 의무 확대에도…전해조 투자는 둔화
기술 상용화의 변수는 시장 규모다. 수전해 설비 수요는 유럽의 재생수소 규제에 크게 좌우되고 있다.
유럽연합(EU)은 2030년까지 산업계가 사용하는 수소의 42%를 재생수소로 충당하도록 회원국에 의무를 부과했다. 2035년에는 비율을 60%로 높인다. 그러나 유럽 청정수소관측소에 따르면 지난해 11월 기준 해당 의무를 국내법에 반영한 회원국은 27개국 가운데 4개국에 그쳤다.
이리듐 사용량을 줄이려는 기술 개발은 이미 여러 기업이 진행해 왔다. 도시바는 2024년 벨기에 베카르트(Bekaert)에 이리듐 사용량을 90% 줄이는 막전극접합체 기술을 라이선스했다. 뉴질랜드 스타트업 비에스피케이엘(Bspkl)은 촉매 사용량을 기존의 25분의 1로 줄였다는 촉매코팅막 기술로 투자를 유치했다.
반면 시장 성장 속도는 예상보다 더디다. 베카르트는 지난해 10월 그린수소 시장 확대가 지연되고 있다며 벨기에 베테런 공장의 전해조 부품 생산을 당분간 중단한다고 밝혔다. 생산설비는 유지하고 시장이 회복되면 재가동할 계획이다.
국제에너지기구(IEA)에 따르면 지난해 세계 수전해 설비 용량은 두 배로 늘어 4기가와트를 넘어섰다. 그러나 신규 최종투자결정 물량은 연간 수소 80만톤 아래로 떨어졌다. 2030년 가동을 목표로 한 사업 규모도 1년 새 1000만톤 감소해 2700만톤이 됐다. IEA는 전해조 제조업이 통합 국면에 들어섰다고 진단했다.
존슨매티는 독일과 포르투갈의 대형 그린수소 사업이 완공을 앞두면서 올해 이리듐이 처음으로 상업 규모의 PEM 수전해 설비에 투입될 것으로 전망했다.
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