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미국 에너지부의 고온 저습 고분자전해질막 프로그램

전문가 제언: ○ 지구 온난화와 화석에너지 고갈을 대비한 신ㆍ재생에너지가 전 세계적으로 활발하게 연구되고 있다. 그 중 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)가 가장 개발이 빨라서, 이의 핵심인 수소를 연료로 사용하는 고분자전해질막(PEM) 연구가 경쟁적이다. 수소연료 내 일산화탄소에 대한 내성을 높이고 여러 효율 향상을 위해 120℃의 고온 및 낮은 상대습도에서의 작동 필요성이 심각하게 대두되었다.

○ PEMFC에는 크게 보아 가정 내 거치용, 자동차용 그리고 휴대용의 세 가지 응용이 있다. 사용 연료로는 전자의 둘은 수소, 후자는 메탄올을 사용하고 있어 고온 저습도 작동은 거치용과 자동차용에만 필요하다.

○ PEMFC의 기능은 PEM이 좌우하고 있다. 유럽에서는 이미 인산 첨가 PBI 기술에 의한 PEM 성능이 고온/낮은 상대습도의 거치용에 인정을 받았다. 일본에서는 퍼플루오르술폰산(PFSA) 개질에 의한 고분자량의PEM이 수소이온 전도도와 내구성에서 가압이 필요하긴 하지만 성공을 거두어 2015년부터 거치용에 120℃ 작동온도의 PEM이 사용될 것이다.

○ 인산 첨가 PBI의 PEM에 관한 압도적 특허 및 특허신청 건을 보유하고 있는 독일의 PEMEAS사가 2007년 BASF사에 의해 인수되었다. 이 회사는 EU를 대표하여 미국과 제휴하여 인산 첨가 PBI의 PEM을 사용하는 거치용 5kW PEMFC의 전시 프로그램을 2007년 발족시켰다. 한국에도 특허 진출을 많이 하여 한국 내 무방비 시장을 목표로 하고 있다.

○ 미국 DOE는 작은 부품인 PEM이 PEMFC의 핵심기술인 것을 깨닫고, 120℃의 고온 및 낮은 상대습도용 PEM 개발의 기술적 목표와 연구자금을 마련했다. 또한 미국 내 12개 연구프로젝트로 하여금 창의성을 발휘하여 유럽기술 속국을 벗어나도록 매년 진도 발표회의를 주관하고 있다. 아직 달성 목표에는 멀지만 연구 사기진작 분위기가 진지하다.

○ 한국에서도 수입부품에 의한 명목상의 PEMFC 시스템 개발로부터 탈피하여 핵심부품인 고온용 PEM 연구자금 확보로 국내 우수 두뇌의 창의적 독자기술 개발을 정부가 체계적으로 지원해야 될 시점이다.

저자: Nancy L. Garland et al
자료유형: 학술정보