‘SOFC’의 대체 물질

편집부(외신)

2005년 7월 오스트레일리아의 세라믹 연료전지사(CFCL)는 주거 난방 사장을 위한 연료 전지 기반 난방과 전력(CHP)에너지 시스템을 개발하기 위한 독일 에너지 유틸리티 EWE AG 조약에 서명함을 밝힘으로써 공식적으로 글로벌 연료전제 시장에 진입했다.
그 조약 후에 두 CHP 유닛의 상업성 테스트를 위한 EWE와의 계약에 서명하였다. EWE 협약은 CFCL의 중앙 유럽 시장에 진입할 수 있게 해주었다.
2004년 중반이래로, CFCL은 마이크로 CHP에 의해 전력이 공급되는 프로토타입 연료 전지의 시장성 조사를 위한 4개의 고객과 협약을 맺었다. 프로토타입 유닛은 독일의 EWE, 뉴질랜드의 Powerco와 오스트레일리아의 szencorp에 의해 테스트되었다. 목표 시장은 발전설비의 소규모 고정 유닛이었다. 올해 초에 CFCL은 CHP 유닛의 시장성 테스트에서의 핵심 이정표를 통과하였다. 현재 프로그램상에서 10,000시간의 동작을 한 것이다. 그러고 난 후 6월에, 독일의 5번째로 큰 에너지 회사인 EWE는 10 NetGenTM 유닛을 추가적인 시장성 테스트를 위해 구매할 것을 계약하였다.

시장에 대한 이점
연료 전지는 현재 전기를 생산하는 방법 중에 수 많은 이점을 가진 새로운 기술이라고 CFCL의 CEO인 Brendan Dow는 말한다.
“연료전지는 천연가스로부터 조용하고, 효율이 높고, 깨끗하게 전기를 생산할 수 있습니다. 연료전지는 석탄을 이용한 화력발전에 비해 이산화탄소 방출을 60%까지 줄일 수 있고, 분산 발전 네트워크의 일부로서 전환 손실을 크게 줄일 수 있습니다.”
Dow는 “이들 이점으로부터 최대한의 이득을 끌어올리려는 회사들은 연료 전지의 실험적인 성능에 대한 증거가 필요하다”고 말한다. “시장성 테스트를 통해 CFCL은 시스템의 신뢰성을 증명하고 시스템의 컨트롤을 유효화하고 에너지 유틸리티나 다른 잠재적인 파트너와 고객에게 이들 가스의 안전성을 설명할 수 있게 될 것을 기대하고 있다”고 Dow는 설명한다.
“우리의 전체 시스템 효율뿐만 아니라 유틸리티들은 안전성과 전원 그리드로 가는 전기 유닛의 성능을 테스트하고 있습니다. 유틸리티들은 분산된 발전 컨트롤 전략들을 유효화하고 우리 유닛의 신뢰성을 만족해야 합니다”라고 Dow는 말한다.
“우리는 또한 이것들을 CHP 유닛을 시장으로 가져가기 위한 금융, 분산과 판매 모델로 사용하고 있으며 유닛의 유지 요구에도 사용되고 있습니다. 이들 4개의 유닛은 유용한 많은 데이터를 제공할 것입니다.”
“우리는 추가적인 NetGenTM 유닛을 전개할 것입니다. NetGen은 보다 큰 데모 유닛에서부터 보다 작고, 보다 상업적인 유닛까지 사용할 유닛으로, 2006 기간 동안 다른 파트너들이 우리 기술이 산업 벤치마크를 만족한다는 것으로 증명할 것입니다.”
Dow는 CFCL의 파트너들에게 얼마나 유닛이 다양한 전력 출력을 올렸다 내렸다할 수 있는지 보여주기 위해 보다 전력 출력을 높인 극한의 그리드 조건하에서 보다 높은 신뢰성 테스트가 수행될 것이라고 설명한다.
“이것은 분산 발전의 이점이 수요와 공급에 따라 출력을 변환할 수 있다는 것이기 때문에, 유틸리티들에게 중요합니다. 많은 개수의 연료전지 유닛이 그들이 네트워크의 균형을 맞출 수 있게, 특히 풍력발전에 기복이 큰 유럽에서 도와줄 것입니다.”라고 그는 말했다. 2007년까지 유틸리티 고객과 함께 CFCL이 상업성 테스트를 수행하게 될 것이라고 말했다.

시장 성공 이유
만약 CFCL의 전략이 유럽시장에서 마이크로 발전 제품에 사용될 회로를 만들기 위해 신뢰성과 고효율의 고상 산화물 연료전지(SOFC)를 선택한 공급자가 되는 것이라면, 왜 전력 유틸리티 회사와 상업성 테스트를 하고 있는 것인가?
Dow는 이러한 설명을 해주었다. “유틸리티 회사는 연료 전지에서 발생한 전지를 그들의 전력 그리드에 접근할 수 있게 해줄 것이기 때문에, 그들은 전력, 효율성, 탄소 방출 감소와 기술의 비용을 확인할 필요가 있게 될 것입니다. 우리는 제품 생산업체들과 팀을 짜서 우리의 기술이 유틸리티 회사들이 요구하는 최소한의 조건들을 만족하고 있다는 것을 보여줄 계획입니다. 우리는 유틸리티 회사들에게 우선적으로 검사를 받아볼 필요가 있으며 그러고 나서 제품 제조업체와 일을 하는 것이 순서에 맞는 것 같습니다. 다르게 말하면, 유틸리티 회사는 방정식의 ‘필요’조건이고, 제품 회사는 ‘충분’조건인 셈이죠.”
“우리는 현재 몇 개의 유럽의 제조 회사들과 우리의 연료전지를 그들의 제품에 집적하려고 하는 초기단계에 대해 논의하고 있습니다. 우리의 전략 목표 중에 하나는 제품 개발을 발표하고 이번 연도 말에 계약을 맺는 것입니다. 그러고 나면 우리는 2007년 초반에 시범 제품을 선보일 수 있을 것 같습니다.”라고 그는 덧붙였다.

근거리 목표, 미래의 프로젝트
회사의 2006년의 목표 중에 하나는, 상업적 규모의 세라믹 파우더 공장을 설립하는 것이다. 만약 관심의 초점이 마이크로 파우더 발생 기술의 상업화라면 왜 파우더 공장을 설립하는지 의문이 발생할 수도 있겠다.
Dow는 이러한 대답으로 설명하였다. “지르코니아 파우더는 우리의 SOFC의 성능에 가장 중요한 역할을 합니다. 세라믹 파우더의 품질이 연료전지의 전기 발생 능력과 수명을 좌우하게 되는 것입니다. 적층 수명은 파우더의 정확한 원소 함량에 따라 결정되게 됩니다. 우리는 이것이 연료전지가 상업적인 에너지 밀도와 적층 수명 요구사항을 만족시키는데 가장 중요한 사항이라고 생각하고 있습니다.”
“우리는 전형적인 세라믹 산업에서 사용하고 되는 배치 프로세스로부터 얻어지는 파우더의 품질 차이보다 훨씬 균일한 파우더를 만들 수 있는 우리 자신만의 방법을 개발했습니다. 이 특허 출원된 생산 방법은 CSIRO의 지원을 통해 개발되었습니다.
“원료를 직접 생산하는 핵심 전략의 이유는 우리에게 중요한 특정 재료 수요의 공급 체인 위험으로부터 벗어나기 위함입니다. 두 번째 이점은 그렇게 함으로써 저가로 연료전지를 생산할 수 있게 한다는 것입니다.”라고 Dow는 말한다.
그는 세라믹 연료전지를 위한 지르코니아 파우더가 주된 생산품이지만 지르코니아는 최종 특성에 따라 넓은 고객층과 산업적인 응용이 가능하다고 덧붙였다. “우리는 기본 파우더에서부터 복잡한 형태의 지르코니아 기반 파우더까지 어떤 것도 만들 수 있습니다. 그 유연적인 공정 덕분에 미래에 파트너쉽이나 라이센싱을 통해 음극 파우더를 만들 수 있고, 타이테니아(titania)와 마그네시아(magnesia) 기반의 다른 파우더를 만들 수 있는 것입니다.”
Dow는 화학 산업과 세라믹 산업이 클러스터화 되어 있는 영국에서 공장 부지가 고려중이라고 말했다. 그는 투자 금액이 약 6백만 달러 규모가 될 것이라고 말했다.
그는 기존 파우더 공급업체에 의존함으로써 초래되는 문제로부터 탈피함과 동시에 고품질의 원료를 저가로 공급받기 위한 자체 파우더 생산에 대한 CFCL의 기본 계획 이유를 반복하여 말했다. 공장은 그러한 이유만으로도 설립이유가 충분했으며 공정을 키우기만하면 부가적인 수입도 발생할 수 있을 것이라고 덧붙였다.
“공장이 가동되어 최대 생산에 가까워지면, 스스로 설 수 있게 될 것입니다. 우리의 공정은 효율적이고 우리는 파우더를 매력적인 가격으로 만들 수 있을 것으로 확신하고 있습니다. 우리는 2007년 4월부터 제품 생산을 시작할 것입니다.”
그는 “파우더 공장은 우리의 연료전지 상업화를 위한 일부이며 이 두 프로젝트는 다른 시간 선상에 있습니다. 파우더 공장은 지나간 계획이고 이제 이행단계라고 할 수 있지요. 우리는 다음 두 달 동안 장비 셋업을 하여 12월이나 1월 중에 완료할 계획입니다. 연료전지 기초는 지금 현재 세부사항이 계획되고 있으며 2008년에 공사가 시작될 것 같습니다.”
극복해야 할 기술들
CFCL의 공학자들과 과학자들은 회상의 연료전지가 에너지 유틸리티에 적합한 성능 특성을 갖기 위해 극복해야할 기술적인 난관들에 대해서 설명해주었다.
“전력 밀도와 적층 수명이 현재 제품 개발에 있어서 두 주요 변수라고 할 수 있습니다”라고 Dow는 말했다. “우리는 전력 밀도를 향상시키기 위해 부단히 애를 써왔으며, 6개월 후에 우리의 결과를 말할 수 있게 되기를 기대하고 있습니다.”
“만약 우리가 오늘날의 1 kW 연료전지 적층을 만드는데 필요한 원료로 1.5나 2 kW 연료전지를 만들 수 있다면, 우리는 같은 비용으로 수입을 늘릴 수 있게 되는 것입니다. 만약 연료 전지 적층으로 더 높은 전력 밀도를 갖게 되어도 훨씬 큰 수익을 얻게 되는 것이지요”라고 그가 말했다.
“우리는 한동안 낮은 유닛 가격으로 많이 연료 전지를 만드는 것이 돈을 벌 수 있는 방법이라고 믿고 있다고 말해왔습니다. 그것은 하나 또는 두 개의 적층을 만든 것과는 차원이 다른 이야기입니다. 우리는 2008년 말까지 생산 공장을 짓는다는 우리의 타임라인이 부피 생산을 위한 첫걸음이 되리라 믿고 있습니다”라고 Dow는 말했다.         (Ceramic Bulletin)

<사진설명>
1,150W 고상 산화물 연료전지 적층 구조
2,CFCL은 지르코니아와 다른 파우더를 생산할 수 있는 특수 공장을 만들어냈다
3,마이크로-CHP 시연 유닛
4,세라믹 연료 전지 부품을 배치 퍼니스에서 열처리하고 있다
5,고상 연료 전지와 적층구조를 테스트 하기 위한 CFCL의 Melbourne 시설