1. 수소경제 활성화를 위한 연료전지

연료전지는 연료 (수소, 메탄올, 석탄, 천연가스, 석유, 바이오매스가스, 매립지가스 등)의 화학에너지를 전기화학반응에 의해 전기에너지로 직접 변환하는 발전장치로서, 기존의 발전기술 보다 높은 발전효율 그리고 공해물질 배출을 줄이면서 전기와 열을 동시에 생산하는 기술이다. 기존의 화력발전이 연료를 연소시켜 열에너지로 변환시킨 후 다시 기계적 에너지로 변환시켜 전기를 생산시키는 데 반해, 연료전지는 연료로부터 직접 전기를 생산하므로 기존 에너지원보다 효율이 10 ~ 20 % 정도 높으며, NOx, SOx등의 유해 가스의 배출이 1 % 이하로, 대기 환경의 획기적인 개선을 기대할 수 있는 청정 고효율 발전 시스템이다. 또한 터빈이 필요 없어 기존의 발전방식에 비해 소음과 진동이 적어 도심 설치가 가능하므로 현재의 중앙집중식 발전 대신 분산형 발전으로 전력공급 시스템을 전환시키는 것이 가능하다. 표 1 에 화력발전과 연료전지의 특성을 비교하였다.

현재까지는 연료전지 구동을 위해 화석연료를 개질하여 수소를 생산하여 사용하므로 개질기에 의한 조작이 반드시 필요하나, 향후에는 태양광, 풍력 등과 같은 재생에너지를 이용해 물을 분해하여 수소를 생산하여 사용할 예정이다. 화석연료를 개질하는 경우에도 탈황, 분진제거를 충분히 할 수 있기 때문에 SOx와 분진을 거의 방출되지 않고, 종합적인 효율이 높기 때문에 이산화탄소 (CO2)의 발생도 적어 환경 친화적인 발전 기술이다.  수소를 연료로 사용하는 연료전지는 전기를 생산함과 동시에 반응 부산물로 물과 열을 생산한다. 따라서 배기가스가 매우 깨끗할 뿐만 아니라 반응 과정에서 발생하는 열을 유효하게 이용하는 것이 가능하고, 전기와 열을 동시에 발생하는 코제너레이션 시스템으로 최적이다. 투입한 도시 가스 에너지의 약 40 %가 전기로, 약 40 %가 온수나 증기로 변환됨으로써, 종합적으로 약 80 %가 유효하게 이용될 수 있는 고효율 발전 장치이다. 그럼에도 아직까지는 높은 제조단가와 기존의 경쟁기술에 못 미치는 내구성, 인프라 구축에 필요한 막대한 비용 등으로 인해 상용화에 이르지 못하고 있으며, 이를 해결하기 위한 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다. 석유 매장량이 제한되고 있는 상태에서 연료전지는 차세대 발전 방식으로의 위치를 확고히 하고 있으며, 향후 자동차용, 대형 발전용, 분산 발전용, 휴대 IT 기기용 등으로 광범위한 활용이 기대되고 있다.

<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2019년 4월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>