혹자들은 머지 않아 세계경제가 ‘화석에너지 경제’로부터 ‘수소에너지 경제’로 나아갈 것이라고 예측하고 있다. 인류의 대체에너지원으로 ‘수소에너지’를 주목하고 있는 사람들에게 ‘수소 경제’로의 전환은 꿈이 아니라 ‘현실’이다.

‘수소·연료전지’는 수소에너지를 가장 효율적으로 사용할 수 있는 핵심기술이다. 아직은 대중화의 길이 멀고 험난하지만 세계 각국은 다양한 분야(발전소, 자동차, 이동전원 등)에서 광범위하게 사용될 수 있는 연료전지 개발을 위해 천문학적인 금액을 투자하고 있다.

우리나라도 오는 2010년을 기점으로 세계 3위의 연료전지 기술보유국으로 도약한다는 방침을 확정하고 기반조성에 박차를 가하고 있다.



▲발전효율 80%까지 가능


연료전지는 수소를 연료로 하여 전기를 발생시키는 일종의 발전기다. 즉 물의 전기분해반응의 역반응을 이용하여 수소와 산소로부터 전기와 물을 만들어 내는 장치를 뜻한다.

그 자체로서 재생가능한 에너지는 아니지만 우주에 가장 많이 존재하는 두가지 원소를 활용하기 때문에 자원고갈에 대한 걱정이 없고, 대기오염물질을 배출하지 않는 청정연료라는 점, 종래의 화력발전에 비해 훨씬 높은 40∼55%의 발전효율을 이룰 수 있고 열병합발전을 채택할 경우 80%까지 높일 수 있다는 점에서 우수한 특징을 보인다.

하지만 수소는 독립적으로 존재하지 않고 다른 원소와 화합물 형태로만 존재하고 있기 때문에 수소를 생산하기 위해서는 추가로 에너지를 투입해야 한다. 현재는 천연가스나 메탄올 등의 화석연료를 이용하고 있지만 때로는 제조방법에 따라 생산된 수소에너지보다 투입된 에너지가 더 많은 문제가 나타나기도 한다. 장기적으로는 태양열·풍력·바이오 등을 이용하는 것이 바람직한 것은 물론이다.

연료전지는 전해질(용매에 녹아서 전류를 흐르게 하는 물질)의 종류에 따라 PEMFC(고분자 전해질 연료전지), PAFC(인산형 연료전지), MCFC(용융탄산염 연료전지), SOFC(고체산화물 연료전지), DMFC(직접메탄올 연료전지) 등으로 나뉜다.

이 가운데 분산형 전원 또는 대형 발전시스템용으로는 MCFC와 SOFC, 현지설치형 열병합 발전에는 PAFC와 PEMFC 또는 SOFC, 자동차 동력원으로는 PEMFC, 휴대용 전원으로는 DMFC가 적용되고 있다.

이와 함께 최근 활발하게 연구되고 있는 ‘나노 화학 기술(Nano Chemical Technology)’은 고성능 연료전지 개발에 획기적인 진전을 가져올 것으로 기대되고 있다.

현재 우리나라는 한국과학기술연구원(KIST)·한국에너지기술연구원(KIER) 등의 연구원과, 현대자동차·LG화학·삼성종합기술원·세티 등의 기업에서 관련 연구를 진행하고 있다.

▲2010년 세계시장 20% 점유


그간 정부주도로 중장기적인 기술개발 프로그램과 보급촉진 정책을 펴온 선진국의 경우 화석연료의 개질반응이나 물의 전기분해에 의한 수소제조 기술은 이미 다양한 공정기술이 상용화 단계에 이르렀다.

전력산업용 연료전지 시장은 내년부터 본격적인 시장이 형성돼 2010년경이면 1만2000∼2만2000MW 규모로 시장이 확대될 것으로 예상되고 있으며, 전체적인 연료전지 시장도 2010년을 전후해 1000억달러 규모로 확대될 전망이다. 미국의 비전 21 및 세계 유수의 기관들은 이미 연료전지 기술을 21세기 10대 기술 중 하나로 꼽고 있다.

우리나라는 지난 80년대 중반부터 대학과 연구소를 중심으로 기초 연구를 수행하였고, 88년부터 본격적인 기술개발이 추진됐다. 이에 따라 수소제조 기술이 축적돼 있기는 하지만 아직 선진국에 비해서는 60% 수준으로 평가되고 있다.

현재 정부는 기술의 신뢰성과 경제성 확보, 보급활성화 시책이 필요하다고 보고 각종 대책을 마련하고 있다.

정부는 연료전지를 유력한 차세대 성장동력원으로 삼고 있다. 2010년까지 세계시장의 20%를 점유(80억달러)하는 한편 이 분야에 1만명의 고용효과를 창출한다는 방침이다.

또한 2012년까지 가정용 연료전지시스템(RPG) 1만기, 건물용 PEMFC 2000기, 전력사업용 MCFC 300기를 보급하고, RPG의 시스템단가도 kW당 5백만원으로 낮출 예정이다. 아울러 수소 스테이션 50개 학충과 PEMFC를 이용한 승용차 1만대, 버스 5000대 양산 계획도 마련해 놓았다.

이를 위해 생산된 전기의 우선구매 및 차액보전 정책을 시행하고 발전사업자에게 적정비율의 신재생에너지 전력을 구매토록 하는 발전의무비율 할당제(RPS)도 도입할 예정이다.

또한 조세특례 제한법에 의한 관세 감면 대상도 연차적으로 확대하고 신재생에너지 시설투자금에 대한 세제지원도 강구할 방침이다.

▲정책일관성·기업참여 관건


이처럼 연료전지가 차세대 에너지로 각광받고 있지만 넘어야 할 산은 많다.

높은 열효율은 실험실에서 이끌어낸 수치일뿐 현장에서는 그렇지 못하고 기대와는 달리 크기도 클뿐만 아니라 디자인 측면에서도 많이 미흡하다.

또한 연속운전 8000 시간과 전지셀 수명 4만 시간(5년)은 아직 목표치일 따름이고 자동차도 한 번 충전하면 서울에서 부산까지는 갈 수 있어야 하지만 현재는 대전 남짓에 머무르는 실정이다.

국내 연료전지 분야 연구에 선구자적 위치에 서있는 KIST 홍성안 박사는 “현재 연료전지 기술은 단순히 개발하는데 그치지 않고 대중화를 위한 제반 수소 인프라 문제와 겹쳐 있다”고 설명한다.

따라서 “정부의 정책일관성과 기업의 참여를 유도하는 여건조성이 중요하다”며 “기업이 믿고 투자할 수 있도록 리더십과 구체적인 비전이 있어야 한다”고 강조한다. 기업이 중요하게 생각하는 경제성도 담보되어야 함은 물론이다.

홍 박사는 “연료전지에는 철학이 담겨있다”고 말한다. 이에는 ‘수소 경제’로의 발전에 대한 낙관과 포부가 담겨있다.

인류 에너지 문제의 대안이자 미래 경제의 핵심 키워드로 떠오른 수소에너지. 10년전만 해도 한낱 꿈이라고 치부돼왔다. 아직도 일각에서는 그 현실성에 의문을 표명하기도 한다.

하지만 홍 박사는 “국가 미래 산업으로 자리잡기까지 여러 어려움을 겪겠지만 4∼5년 후면 점차 우리들의 눈앞에 모습을 드러낼 것이고 그 이후에는 확산이 과속화 될 것”이라고 전망했다.


송병훈 기자 yaho@epowernews.co.kr

 

에너지데일리 다른기사 보기