가톨릭대 김준영 교수팀, 수소생산 효율↑·탄소배출↓ 차세대 통합 에너지 솔루션 제시 … 학부생 연구팀 성과 '눈길'

가톨릭대학교는 바이오메디컬화학공학과 김준영 교수 연구팀이 차세대 친환경 에너지원으로 각광받는 수소의 생산과 에너지 전환을 향상하면서 경제성도 확보하는 통합 공정 시스템을 개발했다고 20일 밝혔다.

수소는 탄소 배출이 없는 청정 에너지원으로 주목받고 있지만, 저장·운송이 어렵고 경제성이 낮다는 점이 문제로 지적된다.

학부생만으로 이뤄진 연구팀은 이런 한계를 해결하기 위해 수소 운반체로 메탄올을 활용하는 방안에 주목했다. 고온 양성자교환막 연료전지(HT-PEMFC)에 메탄올 합성 공정을 통합한 에너지 시스템을 개발했다. 이를 통해 저탄소 전력을 생산하는 동시에 미반응 수소와 이산화탄소를 재활용하는 순환 경제 모델을 구현했다.

개발된 시스템에는 인공지능(AI) 최적화 기술을 적용했다. 열역학 공정 모사(시뮬레이션)에 유전 알고리즘을 결합해 공정 조건을 자동으로 최적화하고, 열역학적 성능과 경제성을 종합적으로 평가했다. 그 결과 전력 평준화비용(LCOE)을 킬로와트시(KWh)당 0.046달러 수준으로 낮춰 현재 시장 가격 대비 경쟁력을 확보했다. 별도의 이산화탄소 포집 장치 없이도 합성 공정에서 이산화탄소를 회수할 수 있는 성과를 거뒀다.

김준영 교수는 "이번 연구는 학부생들이 도전적인 연구를 수행해 국제적 성과를 인정받은 사례로 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과의 교육·연구 역량을 보여준다"며 "앞으로 수소 경제 활성화를 위한 핵심 기술 기반을 마련하고, 나아가 미래 친환경 산업 경쟁력 강화에도 이바지할 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 논문 '기술경제 분석과 유전 알고리즘을 통한 메탄올 개질-연료전지 시스템에 대한 통합 프로세스 모델링과 최적화'는 화학공학 열역학 분야의 권위 있는 국제 학술지 '에너지(Energy)'에 지난 7일 온라인 게재됐다. 이번 연구는 동국대 화학생명공학과와 공동으로 수행했다. 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 이정재, 동국대 화학생명공학과 송도윤 학생이 공동 제1저자, 가톨릭대 김이현, 이택준 학생이 공동저자, 김준영 교수가 교신저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 가톨릭대 2024년 연구비 지원을 받아 수행됐다.