수소차 연료전지 소재 국산화 기술, 상용화 단계 돌입

화학연-㈜켐트로스, 16일 PFSA 국산화 기술 이전 계약 체결

[아시아경제 김봉수 기자] 수소차 연료전지 핵심 소재인 과불화산술폰산 이오노머(PFSA)의 국산화 기술이 상용화 단계에 들어갔다.

한국화학연구원은 ㈜켐트로스와 16일 오후 대전 화학연 중회의실에서 PFSA를 국산화하기 위한 기술 이전 계약을 체결한다. PFSA(Perfluorosulfonic Acid)는 전체가 불화탄소(C, F)로 된 구성된 고분자로 수소이온(H+) 전달 역할을 하는 소재다. 수소차, 에너지 저장장치(ESS), 분산전원, 전해조 등에 사용된다.

수소차는 환경오염 물질을 배출하지 않아 탄소중립을 실현할 수 있는 차세대 운송 수단 중 하나로 꼽혀 정부에서도 수소차 산업을 육성할 예정이다. 2019년 산업통상자원부의 수소경제활성화 로드맵에 따르면 우리나라 수소차 생산 규모를 연간 2022년 8.1만대, 2040년 620만대로 확대할 계획이다.

수소차는 연료전지에서 수소와 산소의 화학적 반응으로 물이 배출되고 전기가 생성되는 원리로 움직인다. 따라서 연료전지 내의 수소이온을 통과시켜 산소와 반응을 일으키게 하는 전해질 막이 중요하다. 전해질 막인 PFSA 제조 공정은 불소화학의 모든 기술이 집약된 기술로, 수분, 온도, 폭발성 등 여러 민감한 변수가 있고 제조 공정이 매우 까다롭고 길어 듀폰, AGC, Solvay 등 일부 글로벌 기업만 제조할 수 있다.

현재 국내에서는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 기초 원료인 사불화에틸렌(TFE), 산화육불화프로펠렌(HFPO), 중간물질인 불화산(-COF) 화합물, 과불소술폰산 단량체, 불소계 개시제, 최종 소재(불소고분자) 제조 기술과 신뢰성 검증 기술 등을 모두 확보해야 하기 때문이다.

화학연 소속 ‘불소화학소재공정 국가연구실(19F-N-LAB)’은 30년 이상 축적한 불소 화합물 연구역량을 바탕으로 2018년 국내 최초로 PFSA 합성기술을 개발했으며, 이후 상업화를 위한 생산 공정을 계속 연구해왔다.

연구실은 과불화술폰산 이오노머의 기초 원료 제조공정, 단량체로부터 과불화술폰산 이오노머 제조공정 등 상업화에 필요한 제조 공정 총 9단계를 최적화하여 ㈜켐트로스에 기술이전했다. 연구실은 현재 ㈜켐트로스와 함께 2022년 상반기 생산 개시를 목표로 연간 100t 규모의 상업생산공장 설계 및 건설, 시제품의 장기 안정성 평가 등을 추진하고 있다. 100t은 승용차 기준 10만대가 1년간 쓸 수 있는 양이다.

박인준 화학연 연구책임자는 “PFSA 제조 공정은 진입장벽이 높아 미국, 일본, 벨기에 등 단 몇 개 선진국가만 보유하고 있다”면서 “이를 국내 독자 기술로 개발해 의미가 있으며 향후 상용화가 잘 진행될 수 있도록 기업과 후속 연구를 진행하겠다”고 말했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr