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연료 전지 - 가정용으로 개발 |
| Name |
기획실 |
조회수 |
1920 |
Date |
2009-02-03 |
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차세대 청정 에너지원의 선두주자이자 저탄소 녹색성장의 핵심 기술로 꼽히는 연료전지가 이제는 가정용으로 개발되고 있다.
그동안 차세대 자동차 개발에 접목됐던 연료전지 기술이 가정의 에너지원으로 활용될 날이 머지않았다.
가정용 연료전지 모니터링 2단계 사업을 앞두고 최근 한국과학기술연구원(KIST) 금동화 원장 공관에 설치된 출력 1㎾짜리 가정용 연료전지 시스템을 찾아 봤다.
◆ 발전과 난방을 동시에 = 연료전지의 가장 큰 장점은 전기를 생산하는 과정에서 열도 함께 발생하기 때문에 에너지 효율이 휘발유나 석탄, 가스 등을 이용한 화력발전보다 높다는 데 있다.
또 질소산화물과 이산화탄소 배출이 거의 없고 소음이 발생하지 않는다.
수소뿐 아니라 천연가스, 도시가스, 나프타, 메탄올, 폐기물 가스 등 다양한 연료를 사용해 전력과 열을 생산할 수 있다.
가정용 연료전지 시스템은 크게 연료전지와 온수공급기 두 부분으로 나뉘어 있다.
다만 도시가스 LNG를 이용해 수소를 발생시키는 개질기가 설치돼 있는 것이 차량용 시스템과 차이점이다.
연료전지에 장착된 인버터는 발생한 직류전기를 교류로 바꿔 주택에 공급하고, 열교환기는 데워진 물을 온수공급기로 보낸다.
KIST와 한국가스공사는 GS퓨어셀 퓨어셀파워 등과 함께 2006년 시작한 가정용 연료전지 1단계 모니터링 사업을 올해 중반까지 마칠 계획이다.
또 2010년까지 2단계 모니터링 사업을 완료하고 2015년까지는 가정용 연료전지 시스템 11만대, 2020년까지 총 80만대를 보급해 시스템 상용화를 완료할 방침이다.
KIST 오인환 박사는 "연료전지 기술은 그 특성상 저탄소 녹생성장 전략 시행에서 핵심 구실을 담당하게 될 것"이라며 "미국과 일본 역시 정부 주도로 가정용 연료전지 실증과 산업화를 위해 1000억원에서 수천억 원까지 투입하면서 공들이고 있다"고 설명했다.
◆ 연료전지 작동 원리는? = 연료전지는 흔히 3차전지로 불린다.
한 번 사용하고 버리는 건전지가 1차전지, 충전해서 여러 차례 사용할 수 있는 리튬이온전지나 리튬폴리머전지가 2차전지라면 연료전지는 반영구적으로 사용할 수 있다.
연료전지는 일반적으로 수소를 기본 연료로 사용해 전기, 열, 물 등을 생산한다.
수소와 산소가 가진 화학적인 에너지를 전기화학 반응에 따라 전기에너지로 변환시키는 것이 작동 원리다.
연료전지 공기극(cathode)에는 산소가, 연료극(anode)에는 수소가 공급되면서 물의 전기분해 역반응과 같은 전기 화학반응이 진행되는 것. 연료전지는 구조와 사용 연료에 따라 인산형, 용융탄산염, 고체산화물, 고분자전해질, 직접메탄올, 알칼리형 연료전지 등 6가지 정도로 분류된다.
개인 전자기기에 사용되는 휴대용, 잠수함이나 군함 등에 적용하는 군수용, 산업용과 발전용까지 사용처가 광범위하다.
◆ 가정용 시스템이 보급되려면 = 연료전지 상용화의 가장 큰 걸림돌은 비싼 가격이다.
연료전지차 대당 생산 가격은 5억~6억원 선. 현재 기술 수준으로는 10만대 이상 대량 양산에 나서더라도 대당 가격이 약 1억~2억원에 이른다는 얘기다.
가격을 높이는 가장 큰 이유는 수소를 수소이온과 전자로 분리하는 촉매 가격 때문이다.
105마력 기준 연료전지시스템을 구축하는 데 백금이 70ｇ가량 쓰인다.
내구성과 신뢰성 향상도 해결해야 할 문제다.
기존 내연기관 자동차는 수명 연한이 5000시간이지만 현재 연료 전지차 기술 내구성은 3000시간에 머물고 있다.
같은 이유로 가정용 시스템 가격 역시 6500만원에 달한다.
컨소시엄 측은 2단계 모니터링 사업이 끝나는 2010년까지 시스템 가격을 3000만원으로 낮추고, 상용화가 완료되는 2020년까지는 가격을 300만원으로 낮추는 것을 목표로 삼고 있다.
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