[신재생 12에너지s]무궁무진한 연료·효율 짱...'인류의 배터리'(Feat.홍진영)

좀 오래됐지만 노래 한 곡 감상하고 시작하자.



눈치 채셨는가?

맞다. 오늘 할 얘기는 배터리 아니 배터리 사촌 격인 ‘연료전지’이다.

연료전지란 말 그대로 연료를 사용해 전기를 만들어내는 장치로 ‘3차 전지’라고도 부른다.

연료를 태워서 발전기를 돌리는 것이 아니라 연료의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 것이다.

쉽게 말하면 지난 회에서 다뤘던 수소를 통해 생산하는 것이다. 수소에너지에서 설명한 것을 되새겨 보면 물을 전기분해하면 양극에서는 산소가, 음극에서는 수소가 만들어지는데 이를 거꾸로 진행하는 것이다.

연료전지가 배터리와 다른 점은 배터리는 전기를 저장하는 장치인 반면, 연료전지는 전기를 만들어내는 것이라는 것이다.

(자료=한국에너지공단)

봐도 모르겠는 요상한 용어가 많지? 설명 들어간다.

개질기라는 것은 천연가스, 메탄올, 석유 등 화석연료로부터 수소를 발생시키는 장치다.

스택은 원하는 전기출력을 얻기 위해 단위전지를 수십장, 수백장 직렬로 쌓아 올린 본체고.

전력변환기는 연료전지에서 나오는 직류전기(D.C)를 우리가 사용하는 교류로 변환시키는 장치다.

감이 잡히는가?

연료전지의 종류는 다음과 같다.

(자료=한국에너지공단)

대표적인 연료전지발전소로는 한국남부발전이 8월 30일 준공식을 치른 신인천발전본부 연료전지발전소이다. 1단계 구축을 완료한 이 발전소의 연료전지 설비는 총 20㎿ 규모로 연간 약 15만 6000㎿h에 달하는 전력을 생산해 수도권 약 4만 3000가구에 공급할 수 있다. 또한 주변 약 1만 가구에 열 공급이 가능하며 6만t에 달하는 CO₂ 저감효과도 기대하고 있다. 남부발전은 18㎿ 규모의 2단계 건설도 진행 중이다.

지난 8월 30일 열렸던 신인천 연료전지발전소 1단계 준공식 모습. (사진=한국남부발전)

또한 한화에너지, 한국동서발전, 두산, SK증권 등이 모여 설립한 대산그린에너지는 충남 서산시 대산읍에 세계최초 초대형 부생수소 연료전지 발전소를 8월 16일 착공했다.

이 발전소는 50㎿ 규모로 2020년 6월부터 상업생산을 시작해 충남지역 약 17만 가구가 사용할 수 있는 40만㎿h의 전기를 생산할 예정이다.

또한 정부는 2020년까지 주택용 연료전지 누적 10만대 보급을 추진 중이다

...라고 하는데

2018년 현재 보급대수는 2800여대. 2년 안에 어떻게 나머지 9만 7000여대를 보급하겠다는 것인지. 더구나 매년 정부예산과 1㎾ 이하의 연료전지설비 설치지원금이 함께 삭감되는 상황이라고 한다.

(사진=트위터 캡처)

연료전지가 쓰이는 대표적인 사례는 수소 연료전지차와 잠수함이다.

먼저 수소 연료전지차는 현대자동차그룹이 세계 최초로 개발했다. 현대차는 1998년 수소연료전지를 개발한 후 2003년부터 개발과정을 거쳐 2006년 연구차량을 제작하는데 성공했다. 이후 2013년 투싼 ix35 FCEV의 양산 체계를 완성했으며, 현재 ‘넥쏘’가 수소연료전지차의 대표적 실용화 사례로 손꼽히고 있다.

얘가 현대자동차 수소전기차 넥쏘. (사진=뉴시스)

그리고 잠수함.

우리나라 최초의 3000톤급 잠수함 ‘도산 안창호함’. (사진=연합뉴스)

우리나라의 최신 3000t급 잠수함 도산 안창호함에는 연료전지를 사용한 AIP 시스템을 갖추고 있다. 이 시스템은 디젤 엔진을 돌릴 필요 없이 산소와 수소만 공급하면 지속적으로 발전이 가능함으로 20일 이상 수중 작전이 가능하다. 부산물로 순수 물이 발생하기 때문에 잠수함의 다른 곳에 쓰이기도 한다.

참고로 재래식 잠수함의 추진체계로 ‘천연가스 연료전지’도 주목받고 있다. 연료전지의 연료로 부탄, 메탄, 프로판 등의 액화천연가스 LNG 를 쓰는 방식이다.

수상에서는 직접 공기와 LNG를 반응시켜 전기를 발생시켜 추진모터를 구동하고 그 전력으로 공기를 액화시켜 산소만 따로 분리해 액화산소를 만들어 고압 저온 탱크 저장해둔다. 수중에서는 천연가스와 저장된 산소를 반응시켜 연료전지로 발전을 해서 추진하는 것이다.

발전에너지로 활용해도 다른 신재생 에너지에 비해 발전단가가 싸고 배출 열까지 활용하면 발전 효율이 90%가 넘는다.

지난해 6월 울산과학기술원(UNIST)에서 수소 대신 탄화수소를 바로 써도 장기간 성능이 유지되는 전극 물질을 개발하며 천연가스 연료전지 상용화의 길을 텄다.

앞으로가 더 기대되는 에너지이다.

To be continued...

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