[대한민국 희망프로젝트]<389>연료전지

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최근 에너지 분야 화두는 단연 연료전지입니다. 기업 간 경쟁이 치열해지고 대규모 연료전지 발전 사업이 연이어 추진되고 있습니다. 두산그룹은 최근 국내외 연료전지 제조 기업을 인수하며 단번에 글로벌 정상권 기업으로 자리매김 했습니다. 포스코에너지는 이미 사업에 나섰고 LG도 관련 사업을 준비하고 있는 것을 보면 연료전지 시장이 앞으로 크게 성장할 것 같습니다. 그런데 정작 연료전지가 무엇이고 어떤 원리로 작동하는지를 아는 사람은 드문 것 같습니다. 그럼 연료전지에 대해 한번 알아볼까요.

[대한민국 희망프로젝트]<389>연료전지

Q:연료전지는 무엇인가요?

A:일반적으로 전지는 전력을 저장했다가 필요할 때 사용하는 장치를 뜻합니다. 하지만 연료전지는 조금 다릅니다. 전력을 저장하는 것이 아니라 전력을 직접 생산합니다. 이때 고온의 열도 같이 생산합니다. 사실 전지라고 부르기 보다는 소형 발전소라고 부르는 것이 더욱 정확한 표현입니다.

Q:연료전지는 어떻게 전기를 생산하나요?

A:전기를 생산하는 방식을 떠올려 볼까요. 석탄·석유·가스·원자력 등은 연료를 연소하거나 핵융합반응을 일으켜 힘을 만들어 냅니다. 이 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것이 일반적 발전 원리입니다. 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 것이죠. 연료전지는 전기를 만들어 내는 방식이 다릅니다. 연료전지는 순수하게 화학반응에 의해 전기를 만듭니다. 수소와 산소가 만나 물을 생성하는 과정에서 전기를 만듭니다. 물을 수소, 산소로 분해하는 반대 과정이라고 생각하면 됩니다.

연료전지는 수소가 연료입니다. 액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG), 메탄, 메탄올 등 수소를 많이 포함하는 가스를 주입하고 연료전지 내부에서 수소를 따로 분리해 냅니다. 가스에서 수소를 분리하는 과정을 개질이라고 합니다. 연료 전지에 공급한 수소는 수용액에서 전자를 교환하는 산화·환원 반응을 일으킵니다. 그 과정에서 수소와 산소가 물로 바뀌고 이때 에너지가 전기 에너지로 바뀝니다.

Q:연료전지가 각광 받는 이유는 무엇인가요?

A:연료전지의 발전 효율은 40~60% 정도입니다. 반응 과정에서 나오는 배출열을 이용하면 전체 연료의 최대 80%까지 에너지로 바꿀 수 있습니다. 일반 가스터빈발전기 효율이 40% 수준인 것을 감안하면 아주 높은 편입니다. 연료전지는 다양한 연료를 사용할 수 있어 에너지자원을 확보하기 쉽습니다.

연료를 태우지 않기 때문에 이산화탄소를 배출하지도 않습니다. 또한 대기오염물질인 질소산화물과 이산화탄소 배출량이 아주 적습니다. 소음도 화력발전에 비해 적습니다. 다른 발전소에 비해 부지도 작은 편이어서 입지 선정에 유리합니다. 도심 지역 또는 건물 내에 설치하는 것이 가능하다는 말입니다.

분산형 전원 보급 정책에도 부합하는 발전장치입니다. 현재 대형 발전소는 대다수 지방에 있습니다. 서울 등 전력 사용량이 큰 대도시까지 송배전 설비를 추가로 건설해야 합니다. 하지만 연료전지처럼 수도권에 설치할 수 있는 발전소는 송배전 비용을 줄일 수 있습니다.

물론 단점도 있습니다. 아직까지는 전기를 만들어 내는 비용이 비싼 편입니다. 하지만 수소를 얻는 기술이 발전하고 그 비용이 줄어든다면 연료전지 경제성은 급상승하게 됩니다. 수소는 아주 흔한 원소입니다. 바다, 강물 어디서든 수소를 얻을 수 있습니다.

연료전지 종류

- 용융탄산염 연료전지 (Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)

- 고분자전해질 연료전지 (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)

- 고체산화물 연료전지 (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)

- 인산형 연료전지 (Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC) 등

◇‘과학영재를 위한 연료전지 프로젝트’ 가빈 D. J. 하퍼 지음, 한티미디어 펴냄.

과학영재를 위한 ‘연료전지 프로젝트’. 수소를 연료로 이용해 전기를 생산하는 연료전지와 관련한 다양한 프로젝트를 소개하고 있다. 수소의 특성과 제조 방법 그리고 알칼리 연료전지 등 다양한 연료전지의 원리와 이를 응용한 실험도 담겨있다.

◇‘수소 연료전지 1,2’ 에너지관리공단 신재생에너지센터 지음, 북스힐 펴냄.

이 시리즈는 국내 중장기 신재생에너지 기술개발에 대한 로드맵을 제시하고 있다. 미래 큰 그림뿐만 아니라 세부 추진 방법 및 구체적인 개발목표도 담겨있다.

수소 연료전지 기술 개요는 물론이고 국내 기술수준과 기술동향을 설명하고 있다. 특히 국내 R&D 추진성과와 해외 시장 전망을 분석해 연료전지 산업 성장 가능성을 가늠해 볼 수 있다.

최호기자 snoop@etnews.com