의
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박진우 (Park, Jinwoo)
동국대학교 조교수
Assistant Professor, Dongguk University
화공생물공학과 (Department of Chemical and Biochemical Engineering)
공정시스템공학 분야 (Process Systems Engineering)
원문: https://www.dongguk.edu/article/ACARESE/detail/26759030- PEMEC 시스템과 Allam cycle을 통합해 열과 물질을 시스템 내 통합- 박진우 교수, “친환경 에너지인 수소의 생산 효율 및 경제성 동시 확보” 동국대(총장 윤재웅) 화공생물공학과 김태현 학부연구생과 김윤건 석사과정생, 교신저자 박진우 교수로 구성된 연구팀이 수전해 기반 수소 생산 시스템 개선 및 운영전략을 통해 수소 생산 단가를 낮추는 ‘친환경 수소-전력 공동 생산 시스템’을 개발했다고 밝혔다. 친환경 사회로의 전환이 주목받으면서 수소 에너지가 큰 관심을 받고 있다. 특히, 수전해 수소 생산 방식은 이산화탄소를 전혀 배출하지 않아 주목받고 있다. 그러나, 탄화수소 기반의 수소 생산 시스템에 비해 높은 비용으로 상용화에 어려움을 겪고 있다. 연구팀은 수전해 기반의 수소 생산 비용 절감을 목표로 수전해 기반 수소 생산 시스템과 순산소 연소 기반 Allam cycle을 통합해 친환경 수소와 전력을 공동 생산하는 시스템을 개발했다. 연구팀은 이번 연구를 통해 수전해 기반 수소의 경제성 확보 및 친환경 사회로의 전환 기반을 마련할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이 시스템은 ‘양성자 교환막 전해조(Proton Exchange Membrane Electrolysis Cell, 이하 PEMEC)’ 시스템과 Allam cycle이 통합된 형태다. PEMEC 시스템은 빠른 응답이 가능한 수전해 시스템이며, Allam cycle은 일반 천연가스 발전 시스템보다 높은 효율과 발전 과정 중 발생하는 이산화탄소를 다량 포집하는 특징을 가지고 있다. 또한, 전력 시장 구조에 따라 운영 방식을 유연하게 전환할 수 있도록 액체 산소 저장 탱크와 열에너지 저장 시스템을 포함하고 있다. 연구팀은 “전력 가격이 비교적 저렴한 오프-피크 기간에는 PEMEC를 작동시켜 수소 생산에 집중하고, 전력 가격이 비교적 비싼 피크 기간에 Allam cycle을 구동하여 전력을 판매하는 구조”라고 설명했다. 이어, “PEMEC 시스템 및 ASU(Air Separation Unit), Allam cycle에 열과 물질이 효율적으로 통합되며 높은 에너지 및 경제적 효율을 나타내고 있다”며, “새로 개발된 시스템에서 발생하는 이산화탄소는 환경적 측면에서 무시할 수 있는 수준”이라고 연구팀은 덧붙였다. 박진우 교수는 “이번에 개발된 시스템은 PEMEC 시스템에서 발생하는 산소 부산물을 활용함으로써 ASU 공정 규모를 감소시키고 전체 시스템의 에너지 효율을 57.87%까지 향상시켰다”고 밝혔다. 이어, “운영 방식을 유연하게 적용해 오프-피크 전력, 피크 전력을 효율적으로 사용함으로써 내부 수익률 14.3% 및 수소 생산 단가를 단위(kg-H2)당 2달러 미만으로 낮출 수 있었다”라고 강조했다. 한편, 본 연구는 한국연구재단 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 국제학술지 Energy Conversion and Management(IF 9.9, JCR 상위 1.5%) 2025년 3월호에 게재되었다.
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