기획기사

한국에너지기술연구원 기획기사

수소연료전지개발 세계 3번째 규모 최고 효율성 수소연료 상용화 온 힘_충청투데이

  • 작성일 2012.10.24
  • 조회수 49464

 

 

수소연료전지개발 세계 3번째 규모 최고 효율성 수소연료 상용화 온 힘

 

 

 


  

 

세상의 에너지 흐름이 변하고 있다. 특히 산업혁명 이후 인류의 가장 중요한 에너지원이었던 화석연료가 점차 고갈과 환경오염 등 그 한계를 드러내면서 새로운 에너지원의 필요성이 더욱 높아지고 있는 상황이다.

 

한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 이 같은 시대적 요구에 맞춰 다양한 대체 에너지원을 개발 중으로, 이미 상당부분 기술적 진보를 이루고 있다. 또 보다 효율적인 연구를 위해 에너지연은 울산에 차세대전지원천기술센터, 전북 부안에 수소연료전지산학연협력센터를 각각 마련하고 주변 인프라와 연계된 연구를 진행 중이다.울산과 부안의 에너지연 센터에서 어떤 미래에너지 신기술을 준비 중인지 들여다 본다.
 


  

“앞으로 30년 후면 우리나라 에너지 공급 체계가 완전히 바뀌어 있을 것입니다. 에너지 문명의 체계를 바꿀 만큼의 파급효과가 예상됩니다.” 윤영기 에너지연 수소연료전지산학연협력센터장이 미래 에너지 시스템 가운데 수소연료전지의 역할을 설명했다. 실제 일본에서는 이미 수 만 대가 넘는 가정용 수소연료전지 시스템이 시판됐고, 미국에서는 연 2000대의 연료전지 동력 지게차가 팔려나가고 있다.

 

이에 우리나라를 비롯한 세계의 유명 자동차 제조사들은 현재 휘발유·디젤 중심의 자동차 시장을 연료전지 자동차로 대체할 계획을 갖고 있으며, 현대자동차만 해도 2014년 연료전지 자동차 1000대 시범생산에 이어 이듬해엔 1만 대 규모 양산체계를 가동할 예정이다.

 

◆수소연료전지는 무엇?

 

수소연료전지 개발은 물을 전기분해 할 때 많은 에너지를 투입하는 것에서 착안, 반대로 수소와 산소를 결합하면 많은 전기가 발생될 것이란 이론에서 출발했다.

수소연료전지의 가장 큰 장점은 발전과 동시에 발생하는 열을 에너지로 사용할 수 있다는 것이다.

그래서 수소연료전지는 지금까지 인간이 개발한 에너지원 중 에너지 전환율(효율성)이 가장 높은 에너지 장치로, 거의 90%의 효율성을 자랑한다. 이는 원료의 90%가 실제 사용되는 에너지로 전환되는 것을 의미한다. 승용차의 경우 휘발유가 연소과정을 거쳐 실제 바퀴로 전달되는 전환율이 14%에 불과하고, 소형 발전기가 20%, 화력발전소 45% 등에 비교하면 월등히 높은 수치다.

특히 발전과 함께 열이 발생하는 특성은 주택이나 사무실 등에서 주거용으로 활용될 경우 보다 효율적인 에너지 공급원이 될 수 있음을 뜻하며, 실제 여러 나라와 기업들이 이를 이용한 기술 개발에 한창이다


◆기존 에너지 판도 변화와 연료전지

 

수소연료전지는 크게 건물용과 수송용으로 구분된다.

건물용은 주택이나 사무실의 에너지원으로 사용되는데, 현재 국내에서 개발 중인 제품은 5·10·20㎾ 용량이 주력이다.

수소연료전지는 현존하는 모든 기관 중 가장 에너지 효율이 높은 시스템일 뿐만 아니라 별도의 부지 매입이 필요 없이 기존 보일러실이나 변전실에 설치하면 되는 장점이 있다.

수소연료전지는 1㎾급 한 기만으로도 아파트 한 동의 기저 부하를 낮출 수 있을 정도로 효율이 좋다.

때문에 소용량의 연료전지 보급이 확대되면 국가 전체의 발전용량을 크게 감소시킬 수 있어 전체 에너지 수입을 확실히 감소시키게 된다. 현재 수소연료전지 시스템에서 가장 주력 되는 규모는 대형 상업용 20㎾급으로, 상가나 병원, 호텔, 쇼핑센터, 학교, 아파트 등을 목표로 한다.

이는 향후 기술개발과 함께 100㎾급으로 확대될 전망이다.

 

◆수소의 공급은 어떻게?

 

수소연료전지 시스템이 자리 잡으려면 원료인 수소의 보급이라는 선결과제가 있다. 지금까지 수소는 생산비가 높아 연료전지 상용화에 큰 걸림돌이 됐고, 구입처도 흔치 않았다.

그러나 이에 대한 다양한 연구가 성과를 거두면서 수소 생산 단가가 내려갔고, 수소스테이션 확보도 한걸음 한걸음 진행 중이다. 현재 연료전지용 수소 생산은 LNG(도시가스)나 원유의 개질로 생산하는 방법이 일반화되고 있는데, 도시가스 1루베 당 수소 3.5루베를 생산할 수 있고, 생산 단가도 수소 1루베 당 200원에 불과하다. 또 다른 수소 생산 방법으로는 화학공장에서 발생하는 부생가스를 수소로 전환하는 방법이 있다.

 

◆연료전지 개발을 위한 노력

 

수소연료전지 시스템은 불과 수 십년 내에 수송용과 가정용 전방위에 걸쳐 국가 에너지 체계 자체를 바꾸는 핵심이 될 전망이다. 이 같은 수소연료전지의 잠재력에 주목한 에너지연은 이미 1983년부터 연료전지 연구개발을 시작했다.

그동안 수소연료전지 연구의 관건은 원료인 수소의 생산단가 인하와 수소-산소 역반응 과정에서 효율성 증대를 위한 촉매와 전해질막 개발 등이었다.

에너지연은 그동안 대덕 본원에서 추진하던 관련 연구를 체계화하기 위해 전북 부안에 조성된 신재생에너지테마파크에 지난해 수소·연료전지산학연협력센터를 마련하고 더욱 박차를 가하고 있다. 부안센터는 수소연료전지 개발과 관련해 세계 3번째 규모의 연구시설을 갖추고 있다.

이 곳은 국가 차원의 연료전지 개발을 이끌기 위해 핵심기술 개발은 물론 성능평과 관련 인력 양성 등 상용화 지원을 위한 실증사업에 초점이 맞춰져 있다.

때문에 시설의 상당 부분이 기업이나 대학과 연계한 연구를 수행할 수 있는 구조와 첨단 장비를 갖추고 있다.

에너지연은 부안 센터를 처음 세울 때 ‘절대 멈추지 않는 시설을 만들겠다’는 각오를 세웠다.

 

윤 센터장은 “충분한 여유 공간과 기업이나 대학이 갖추기 어려운 고가·대형의 연구장비를 지속적으로 확충해 기업은 사람만 와서 연구하는 환경을 만들고 있다”며 “미래 에너지원인 연료전지의 개발을 위해 에너지연이 아낌없이 주는 나무 역할을 할 것”이라고 밝혔다.

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