석탄.석유 대체용 '연료전지' 급부상..공해물질 없는 에너지

최근 고유가 시대에 접어들면서 공해없는 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있다.

석탄 석유 등의 화석연료가 앞으로 50년이내에 고갈되는데다 이산화탄소를 줄이기 위해서는 청정에너지의 개발이 절실히 요구되고 있기 때문이다.

선진국들은 태양열과 풍력 등을 이용한 자연에너지 개발에 주력하고 있는 실정이다.

그러나 대부분 에너지효율이 너무 낮아 화석연료를 대체하기에는 역부족이다.

이들에 대한 대안으로 최근 연료전지가 급부상하고 있다.

연료전지의 장점과 전망 등을 살펴본다.

◆발전원리=연료전지가 사용하는 연료는 흔히 도시가스로 불리는 ''메탄''이다.

메탄에서 수소를 뽑아내 연료전지에서 공기중 산소와 반응시킴으로써 에너지를 만들어낸다.

연료전지에 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리되는데 수소이온은 전해질층을 통해 산소이온과 만나 전기와 물,열을 만들어 낸다.

연료전지는 수소와 산소의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 장치다.

연료전지 발전 플랜트는 연료전지 외에 수소를 만들어내는 연료개질기와 공기공급장치,그리고 연료전지에서 생산된 직류를 교류전기로 바꿔주는 전력변환기,제어장치 등으로 구분된다.

◆연료전지의 장점=연료전지는 발전효율이 40∼60%로 화력발전에 비해 높은데다 수소와 산소의 전기화학반응으로 에너지를 만들기 때문에 공해물질이 발생하지 않는다는 장점이 있다.

연료전지에서 전기를 생산할 때 열이 발생한다.

이를 열병합발전 형태로 이용하면 에너지 효율을 80%까지 높일 수 있다.

기존 화학발전에 비해 30% 이상 열효율이 높은 것이다.

질소산화물과 이산화탄소의 배출량도 각각 화력발전의 3%,33%수준에 불과하다.

또 발전설비를 건설할 경우 좁은 공간에 지을 수 있는데다 건설기간도 훨씬 짧다.

이 때문에 연료전지가 일반화되는 2010년께에는 각 가정마다 발전소를 하나씩 가질 수 있게 된다.

◆개발현황 및 전망=연료전지 기술을 선도하고 있는 미국은 이미 2백㎾급 연료전지 상용화에 성공했다.

이보다 규모가 큰 2㎿급 연료전지도 가동중이다.

연료전지를 제작,판매하는 기업들도 이미 상당수에 달한다.

차량 동력원이나 이동전원으로 이용할 수 있는 고분자전해질 연료전지는 2005년께에 자동차에 장착돼 상용화될 것으로 보인다.

국내의 경우 에너지기술연구소가 현재 가정용 발전소로 사용할 수 있는 5㎾급 연료전지를 개발중이다.

앞으로 3∼4년 내에 시제품이 나올 예정이다.

에너지기술연구소 김창수 연료전지연구센터장은 "앞으로 10년 후에는 연료전지 발전시설이 대량으로 보급될 것"이라며 "전기에너지의 상당부분을 대체할 수 있을 것"이라고 전망했다.

김태완 기자 twkim@hankyung.com