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연료전지: 환경과 신에너지로의 기대

전문가 제언: ○ 연료전지의 개론을 이 글에서 기술하고 있다. 연료전지(FC)는 물의 전기분해에서 수소와 산소가 발생하는 전기화학반응의 역순이다. 역으로 수소와 산소가 결합하여 물이 되면 이온의 이동이 일어나고 이를 외부 회로에서 끌어내는 것이 전기이다. 이때 수소 연료 대신에 탄화수소가 사용되기도 하며, 산소 대신에 공기가 사용되기도 한다.

○ 공해 측면에서 혹자는 FC가 CO2 배출이 거의 없다고 말하기도 하는데, 탄화수소를 사용, 개질에 의해 수소를 뽑아 쓰는 경우는 CO2의 배출이 있기도 하다. 그러나 직접 연소하는 경우처럼 많지 않다. FC는 전해질의 종류와 운전온도에 따라 분류되는데, 가장 많이 연구되고 기술적 신뢰성이 있는 것은 PEMFC와 SOFC가 대표적이다.

○ PEMFC는 저온(100℃부근) 작동인데, 자동차용과 가정용 등으로 많이 연구되고 있다. 현재 중요한 부문은 촉매로 사용하는 백금의 양을 줄이는 것, 반응 부산물인 물의 플러딩을 줄이는 것, 효율적이고 저렴한 전해질막을 개발하는 것 등이 문제로 되어 있다. SOFC는 분산, 독립전원 및 열병합 발전으로 유용하며, 운전온도를 보다 낮추는 연구가 중요하다. 최근에는 전해질을 박막으로 설계하는 것, 2개의 전극과 전해질 등 관련 재료의 개발이 가장 중요하며 관련 효율과 코스트 개선 등에 많은 노력이 경주되고 있다.

○ 미국 에너지부(DOE)는 최근 전 세계 수소연료전지 시장 규모가 2020년 400억달러(약 47조원)에 이를 것으로 추산하고 있다. 미의 DOE, 일의 FC 개발계획 등을 선두로 FC기술에서 요소기술 확보를 위한 뜨거운 경쟁이 이루어지고 있다. 자동차 분야는 GM, 도요타·혼다·벤츠 등도 2014~2015년 수소연료전지차 양산 계획을 밝힌 상태다.

○ 현재 국내 연료전지 발전소는 전국적으로 20곳이 설치돼 가동 중이다. 포스코, 두산중공업·에버랜드·GS칼텍스·퓨얼셀파워 등이 발전용과 가정용, 건물용 연료전지를 생산하고 있다. 여기서 필요한 제언은 FC의 두뇌부분인 요소기술의 선점을 위한 국내 연구자들의 노력과 정부 지원이 활성화 되어야한다고 보는 것이다.

저자: A. Boudghene Stambouli
자료유형: 학술정보