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고체고분자 수소연료전지 오염의 영향, 메커니즘 그리고 완화

전문가 제언: ○ 화석연료의 고갈과 지구 온난화 문제 해결을 위한 여러 종류의 신재생에너지 기술이 활발하게 연구되고 있다. 이 새로운 에너지의 수혜 대상에는 자동차의 동력원이 앞선 자리를 차지할 전망이다. 여러 기술 중 자동차 동력원에는 공해물질의 배출이 없고 에너지 전환의 고효율과 조용한 작동을 가능케 하는 수소를 연료로 사용하는 양성자 교환막 연료전지(PEMFC) 또는 고체 고분자 연료전지 기술이 채택될 것이다.

○ 현재 PEMFC 연료극에 수소를 가장 경제적으로 공급하는 방법의 하나는 메탄가스 등 천연가스의 스팀개질이다. 수소가 40~70%로 풍부하게 함유되어 있으나 15~25%의 CO2, 1~2%의 CO와 미량의 H2S, NH3 등의 불순물도 포함된 개질가스를 사용하는 것이 현재의 실정이다. 고성능과 장 수명을 위한 수소 연료의 정제공정은 현재는 경제성이 거의 없다.

○ PEMFC에는 음극에 공급되는 공기에도 NOx, SOx, H2S, NH3의 불순물이 혼입되고, 연료전지 부품에서도 불순물이 나와 MEA(막전극접합체)의 성능을 저하시키고 있다. 따라서 수소를 연료로 사용하는 PEMFC의 오염에 대한 연구는 이의 상업화를 앞당기는데 반드시 필요하다. 간략하면서도 총괄적으로 다룬 이 글은 관련자에게 많은 도움이 될 것이다.

○ 오염 완화에서, 이 글은 수소 연료에 대한 것만을 주로 다루었다. 80℃를 초과하는 고온작동은 CO 내성을 약 50배 이상 증대시키고 PtRu 촉매 사용을 반감시키며, 수소 고순도를 위한 보조 장치를 제거할 수 있어 효과가 매우 크나, 내열성 교환막의 가격 문제가 있다. PtRu계를 비롯한 CO 내성 촉매도 경제성 문제가 있다. 또한 연료극에 산소나 공기를 흘려주는(bleeding) 방법도 매우 효과적이나 제어의 어려움이 있다.

○ 현재 연구개발의 열기는 조만간 경제성 있는 오염 완화를 가능케 하여 수소 경제화시대를 앞당길 것으로 믿어진다. 향후는 음극용 공기 흐름 내 불순물의 오염완화 연구가 필요하고, 공업적인 수소 생산도 CH4 등의 화석연료를 사용하지 않으며 바이오매스로부터의 메탄올이나 물의 전기분해 등을 이용하게 되어 오염 완화방법이 많이 달라질 것이다.

저자: Xuan Cheng et al
자료유형: 학술정보