수소·연료전지, 무소음·고효율 신기술

◆수소=수소에너지기술은 물과 유기물, 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 분리·생산해 이용하는 기술이다.

수소는 물의 전기분해로 제조할 수 있으나 전기에너지에 비해 경제성이 너무 낮아 대체전원이나 촉매를 이용한 제조기술 연구에 주로 활용해왔다.

수소는 가스나 액체로 수송할 수 있으며 고압가스와 액체수소, 금속수소화물 등 다양한 형태로 저장이 가능하다.

현재 수소는 기체상태로 저장하고 있으나 단위 부피당 수소저장밀도가 너무 낮아 경제성과 안정성이 부족해 액체와 고체 저장법을 연구하고 있다. 수소스테이션 건립은 2007년에 한국가스공사와 SK에너지, GS칼텍스가 각각 준공식을 가졌다.

미국은 2040년경에 수소·연료전지가 현재 미국의 1일 석유수입량 수준인 1100만 배럴의 석유 수요를 대체할 것으로 추산하고 있다.

일본은 1993년부터 2020년까지 24억 달러 투자계획을 세워놓고 2010년까지 연료전지차 5만대, 2020년 5백만대 보급을 목표로 도전하고 있다.

덴마크는 유럽 최초로 수소전차 상용화를 목표로 연구를 추진하고 있으며 독일과 프랑스, 영국, 중국, 이스라엘 등에서도 수소에너지 개발이 활발하다.

◆연료전지=각종 연료와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지이다.

연료는 천연가스와 메탄올, 석탄가스 등 다양하지만 최근 수소를 연료로 사용한 발전이 각광을 받고 있다. 발전원리는 연료중 수소와 공기중 산소가 전기화학 반응에 의해 전기와 열을 만든다.

배기가스중 분진 등이 거의 없고 이산화탄소 발생량도 미분탄 화력발전에 비해 20~40% 적다. 발전효율은 30~40%, 열효율은 40% 이상으로 총 70~80% 효율을 갖는 신기술이다.

회전부위가 없어 소음이 없으며 기존 화력발전과 같은 다량의 냉각수도 필요없다. 이런 특성으로 도심부근 설치가 용이하고 송배전시 설비와 전력손실도 그만큼 줄일 수 있다.

연료전지는 크게 4가지로 나눌 수 있는데 첫번째 인산형은 2002년 GS칼텍스에서 50KW급 실용화 기술개발을 완료했고 현재 250KW 연구를 추진하고 있다.

선진국과는 5~7년 정도 기술격차를 보이고 있다. 두번째 용융탄산염형은 대형 발전소와 건물, 아파트 등의 분산전원용으로 이용하고 있으며 국내에서는 1989년부터 1992년까지 대학을 중심으로 기반기술 연구를 완료했다.

1993년부터 한국전력공사 전력연구원에서 100KW급을 성공했고 2009년까지는 250KW급 기술개발을 추진하고 있다.

250KW급은 효성중공업과 삼성엔지니어링이 참여했고 한국과학기술연구원과 포항산업과학연구원이 위탁기관으로 공동연구를 수행하고 있다.

두산중공업에서는 2007년부터 300KW급 내부개질형 MCFC 스택과 시스템 국산화 기술개발을 추진하고 있다.  

세번째 고체산화물형은 모든 분야에 이용 가능하고 효율도 가장 우수한 것으로 알려져 있지만 다른 연료전지에 비해 기술개발이 뒤쳐져 있다.

선진국에서는 고체산화물형에 가장 많은 투자를 하고 있으며 국내수준과는 기술격차가 크다. 현재 국내에서 100KW급을 개발하기 위해서는 최소 10년의 개발기간과 약 300억원 이상의 예산이 필요한 것으로 전해지고 있다.  

네번째 고분자전해질형은 지식경제부 신재생에너지 사업의 하나로 1989년부터 대학과 한국과학기술연구원 등에서 연구를 시작해 현재 가장 먼저 실용화가 이뤄지고 있는 분야이다.

한국에너지기술연구원에서 가정용으로 5KW급의 실용화 연구를 2001년에 완료했고 참여기업으로는 GS칼텍스가 참여했다. 자동차용으로는 현대·기아자동차와 대우자동차에서 기술개발을 추진했다.

김준성 기자 fresh@

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