Technology Brief - Technology Brief 03
친환경 분산발전과 자동차 동력원으로 기대되는 연료전지
지구 온난화의 주범으로 손꼽히고 있는 이산화탄소를 줄이기 위한 방안으로, 분산 발전이 가능하면서 친환경적이고 높은 효율을 가진 연료전지 시스템에 대한 관심이 커지고 있다.
연료전지는 연료의 화학적 에너지를 전기화학 반응을 이용하여 직접적으로 전기를 생성하는데, 수소를 연료로 사용하기 때문에 배출하는 것은 물뿐으로 이산화탄소, 일산화탄소, 질소산화물 같은 유해한 배기가스를 전혀 배출하지 않는다.
연료전지는 구성 요소 중 하나인 전해질의 종류에 따라 크게 고분자전해질 연료전지, 알칼라인 연료전지, 인산 연료전지, 용융탄산염 연료전지, 고체산화물 연료전지 등으로 구분할 수 있는데, 응용 분야와 발전되는 양에 따라 적용되는 연료전지의 종류가 다르다.
즉, 자동차용과 가정용에는 고분자 전해질 연료전지가, 발전용으로 인산연료전지, 용융탄산염 연료전지와 고체산화물 연료전지가 각각 채용되며, 알칼라인 연료전지는 우주 개발 영역 같은 특수 용도에 응용되고 있다.
우리나라의 연료전지 발전소들 대부분은2008년 이후 세워지고 있는데, 포스코파워와 같은 기업이나 중부발전 등과 같은 발전사업자들을 중심으로 진행되고 있다.
대부분이 미국 Fuel Cell Energy사의 용융탄산염 연료전지를 기본으로 하여 1.2MW에서 11.2MW의 용량으로 설치하고 있다.
13년 말에는 경기연료전지발전이라는 회사에서 세우는 60MW 크기의 발전소가 화성이 발안에 완공될 예정이고, 제2롯데월드에는 800 kW의 연료전지가 설치될 예정이다.
일본에서는 가정용 연료전지가 12년 말까지 6만 대 이상이 판매되었고 13년에도 큰 폭으로 판매량이 증가될 것으로 예상되는데, 일본 대지진 이후에 본격적으로 보급되고 있다.
우리나라에서는 현재 그린홈 보급사업을 진행하고 있는데, 1kW 시스템을 서울시에만 181개소에 설치되어 운전 중이다.
이러한 가정용 연료전지를 보급하고 있는 회사로는 퓨얼셀 파워, 효성, SK E&S 그리고 LG 퓨얼셀시스템즈가 있다.
해외의 경우에는 통신회사들의 기지국에 사용되는 Back-Up 전원으로 Ballard 사의 ElectroGen-ME 시스템이 가장 많이 보급되고 있다.
수소를 연료로 사용하는 고분자 전해질 연료전지는 자동차용 연료전지로 꾸준하게 개발되어 왔는데, ’13년 초 현대자동차가 울산에 일년에 1천 대의 연료전지 자동차를 생산할 수 있는 제조 라인을 완성하였다는 발표를 한 후에 다시 많은 관심을 가지게 되었다.
일본 Toyota 자동차는 ’15년에 원가 5만불 이하, 판매가 10만 불 이하의 세단형 연료전지 차를 판매하겠다고 발표를 한 바 있다.
연료전지 자동차는 항속거리가 500 km이상이 되고 내구성도 5천시간 이상 확보한 것으로 알려져 있다.
수소 충전소 인프라를 갖추는 것이 대량 보급의 관건인데, 수소 충전소 인프라에 대해서는 일본, 독일등은 정부 주도의 프로그램을 진행하고 있다.
미국은 H2USA 라는 민관 합동 프로그램을 시작하여 완성차 업체 5곳(현대자동차, Mercedes Benz, Toyota, Nissan, Honda)과 국공립연구소 및 연구 재단과 함께 세일가스 등을 활용하는 수소 생산과 공급 인프라 확보에 노력을 기울이고 있다.
최근 한국 KIST에서는 Core-shell 촉매를 이용하여 활성과 내구성을 향상시켰다는 발표도 있었다.
이런 연구와 현대자동차의 꾸준한 투자, 그리고 정부의 관심이 더해진다면 향후 연료전지 자동차 분야에서도 우리나라가 기술 경쟁력을 확보해 나갈 수 있으리라 예상한다.
박찬호 삼성 SDI 중앙연구소 연료전지 그룹