그린수소 수익성, 전해조가 아니라 ‘데이터 제어’에 달렸다 [카테고리 설정이 아직되어 있지 않습니다.] 독일 기업 아이켐애널리틱스의 그린수소 정밀 제어 장치 이미지. / 출처 = 아이켐애널리틱스
그린수소 산업이 설비 확대 중심의 ‘규모 경쟁’에서 벗어나, 운영 효율을 좌우하는 ‘정밀 제어’ 단계로 전환됐다.
환경·에너지 전문매체 E+E리더는 9일(현지시각) 전해조 설치가 빠르게 늘면서 생산능력 확대보다 공정 안정성과 실시간 제어 기술이 성능과 경제성을 결정짓는 핵심 변수로 부상했다고 보도했다.
전해조는 물을 전기로 분해해 수소를 생산하는 설비로, 그린수소 생산의 핵심 장치다.
농도 흔들리면 효율 무너진다…알칼라인 수전해의 구조적 한계
독일에서 진행된 엔지니어링 협력 프로젝트는 이러한 흐름을 보여주는 사례다. 아이켐애널리틱스(iChemAnalytics), 막스 슐뢰터(Max Schlötter), WHW 힐레브란트(Hillebrand) 등이 참여한 컨소시엄은 알칼라인 수전해 시스템의 실제 운전 환경을 재현한 자동화 테스트 플랫폼을 구축했다. 전해질 농도 변화가 성능과 내구성에 미치는 영향을 분석하기 위해서다.
알칼라인 수전해는 수산화칼륨 용액을 기반으로 전류 흐름을 높여 수소를 생산하는 방식이다. 구조는 단순하지만 고온·고압과 강한 알칼리 조건이 동시에 작용해 장비 부식과 성능 변동이 발생하기 쉽다.
핵심 변수는 전해질 농도다. 전해조 내부 분리막 양쪽에서 농도 차이가 발생하면 전압이 불안정해지고 반응 효율이 떨어진다. 전류 흐름이 흔들리면서 수소 생산량도 일정하게 유지되지 않는다. 장기적으로는 설비 수명에도 영향을 준다.
기존에는 샘플을 채취해 분석하는 방식으로 이를 확인했다. 측정까지 시간이 걸려 이상이 발생한 뒤 대응하는 사후 관리에 그치는 한계가 있었다.
실시간 센서가 공정 바꿨다…‘사후 대응’에서 ‘선제 제어’로
프로젝트팀은 이를 해결하기 위해 인라인 굴절계 기술을 도입했다. 전해질 농도를 실시간으로 측정해 공정을 멈추지 않고 상태 변화를 추적하는 방식이다.
굴절계는 빛이 용액을 통과하며 꺾이는 정도를 측정해 농도를 계산한다. 농도가 변하면 굴절값도 함께 변하는 원리를 이용한 것이다. 이를 전해조에 직접 연결하면 전해질 상태를 즉시 파악할 수 있다.
기포와 불순물이 많은 환경에서도 측정값이 흔들리지 않도록 설계됐고, 강한 알칼리 조건에서도 장기간 작동할 수 있도록 내구성을 확보했다.
핵심은 운영 방식 변화다. 기존에는 문제가 발생한 뒤 원인을 분석하고 조치하는 구조였다면, 이제는 농도 변화를 실시간으로 감지해 전류·온도·유량 등을 즉시 조정하는 방식으로 바뀌고 있다. 공정이 흔들리기 전에 미리 대응하는 구조다.
E+E리더는 이러한 정밀 제어 기술이 전력 소모와 유지보수 비용을 동시에 낮추며, 그린수소 생산 단가와 설비 신뢰성을 함께 개선하는 방향으로 이어지고 있다고 분석했다.
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