[해외 친환경 신기술] 효율성 90% 높인 획기적 녹색 수소 기술나와

- 이스라엘 과학팀 효소 이용 생화학적 해법 개발 성공
- 제조업·농업·소비자 에너지원(源) 될 것으로 기대

이스라엘 텔아비브 대학의 생명과학 및 환경 분야 연구진이 고효율 저비용 ‘녹색’ 수소 연료를 생산할 수 있는 신기술 개발에 성공했다. 녹색 수소로 대기 중 발생 이산화탄소(CO2) 량과 대기 오염 감축에 기여할 획기적 기술 혁신이 될 것으로 기대된다.

현재 생산되는 수소 연료의 95%는 천연가스를 원료로 해 ‘수증기 변성법(steam reforming)’ 공정으로 생산되는 이른바 ‘흑색 수소’ 또는 ‘회색 수소(grey hydrogen)’로 분류된다.

친환경 수소 연료를 생산하기 위해서 화석 자원에 대거 의존해야 하는 역설 때문에 수소를 친환경 에너지원으로 분류하는 것에 대한 논란이 돼왔다.

반면, 녹색 수소란 녹색 전력(풍력, 태양열 등 청정에너지를 사용해 발전된 전기)을 사용해 ‘전기 분해(electrolysis)’ 공정을 거쳐 제조된 수소 연료를 뜻한다. 녹색 수소 발전소의 생산력은 회색 수소의 70%로 뒤떨어지는 반면 생산가는 15배나 더 비싸서 경제적 타당성이 턱없이 떨어진다는 점이 단점이었다.

이번 이프타흐 야코비(Iftach Yacoby) 교수 지휘 텔아비브 대 연구진이 공개한 신기술 녹색 수소 공정법은 효소를 ‘전화(electrified)’시켜서 수소를 발생시키는 이른바 ‘하드로게나제(hydrogenase)’ 공법을 제시한 것이 혁신 포인트다.

수소화 효소 즉 하이드로게나제 공법은 미생물 효소 단백질의 생화학적 반응 작용을 유도하는 방법으로, 효소가 물과 전력을 만나면 수소를 발생시키는 성질을 응용한 것이다.

통상 기존의 녹색 수소 에너지는 태양광으로부터 얻어진 전기로 ‘광합성 공정’을 거쳐 추출돼왔다.

반면, 이 연구진은 광합성 공정을 생체 촉매제(biocatalyst)로 효소를 ‘전화((電化)’ — 즉, 전기를 통과시켜 흥분상태로 만들어 — 시켜 수소를 발생시키는 ‘하이드로게나제 공정’으로 대체시켰다.

생체 촉매제를 도입하는 이 공정의 최대 기술적 난제는 효소를 전극(electrode)에 고정시키는 작업이었다.

효소는 전기 충격을 받으면 튕겨나가는 성질을 가졌기 때문이다.

연구진은 하이드로게나제 공정에서 효소를 고정시키는 수성 접착제 역할을 하는 하이드로겔(hydrogel, 또는 수화겔, 물을 분산 매체로 하는 고분자 중합 물질)을 자체 개발해 해결했다.

그 결과 생산 효율성은 90%로 높이고 기존 보다 생산가를 현저히 낮출 수 있게 됐다고 연구진은 주장한다. 여기서 90% 효율성이라 함은 하이드로게나제 공정에서 반응된 전자의 90%가 추가 공정 없이 수소 연료에 보존됨을 뜻한다.

이 기술의 또 다른 획기적 장점은 하이드로게나제 공정은 반드시 정제수를 필요로 하지 않는다는 점이다.

기존의 수소 생산 공정 기술에 투입되는 전해조 장치에는 반드시 정제수 만을 사용할 수 있게 돼있으나, 하이드로게나제 방식 녹색 수소 공정 시스템은 짠 바닷물로도 작동된다는 장점이 있다.

연구진은 가까운 미래 녹색 수소 발전 및 소비 가격을 대폭 절감시킬 수 있는 해법이 될 것을 희망하며 이 기술의 상용화를 모색 중이다.

가령 가뭄이 심한 스페인이나 사막 기후의 걸프권 국가들(오만, 사우디아라비아 등)의 경우처럼 담수가 부족해 바닷물을 끌어와 탈염하는 해수담수 기술에 의존해야 하는 지역에서 제조업, 농경, 비료 생산, 소비자용 청정 녹색 수소 에너지로 이행을 앞당길 수 있을 것이라 기대된다.