송동훈_한국과학기술원 신소재공학과 박사과정

김효원_한국과학기술원 신소재공학과 박사과정

김엄지_한국과학기술원 신소재공학과 박사과정

조은애_한국과학기술원 신소재공학과 부교수

1. 서론

최근 에너지 수요 증가에 따른 환경오염문제, 화석연료의 고갈 및 수급불안 등이 심각해지면서, 친환경 에너지 생산 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다. 국제에너지기구에 의하면 지구 온도 상승을 2℃로 억제하기 위해 2060년까지 300 억 톤 이상의 이산화탄소 감축이 필요하며, 이중 35%가 친환경 에너지를 통한 감축 분으로 제시되고 있다.1) 이에 따라 전세계적으로 친환경 에너지 발전량이 증가 하고 있으나(그림 1), 대부분의 친환경 에너지는 풍력과 태양광 에너지 등의 환경 의존적 재생 에너지로서, 날씨나 계절에 따라 출력이 변동하여 이를 직접 기존의 전력망과 연결하는 경우 안정성이 크게 저하되는 단점이 있다. 또한 재생 에너지원을 증가시키면 부하에 따른 출력 변동만큼 잉여 전력이 발생할 수 있는데 이를 제대로 활용하지 못하는 문제가 제기되고 있다.

간헐적 특성의 재생 에너지를 현재의 전력 시스템에 적용하려면 효율적인 에너지 저장 시스템이 필요하다. 이에 따라 현재 친환경 에너지 선진국들은 수소를 이용하여 잉여 재생 에너지를 저장하는 방법을 고려하고 있다. 지구 전체의 70%를 차지하는 수소는 자원의 제약이 없는 청정 연료로 태양광, 풍력 등과 같은 재생 에너지원을 통해 물로부터 생산하여, 직접 연소하거나 연료전지를 활용하여 전기에너지로 전환하여 사용할 수 있다.2) 또한, 가스나 액체로 저장할 수 있고, 저장 시 높은 에너지 밀도를 가져3), 전력에너지원의 저장 및 운송 매체로 활용이 가능한 장점을 갖고 있다.(그림 2)