['꿈의 기술' 발전용 연료전지에 도전하다] <상>인류의 미래 '녹색 발전'

지난 2005년 12월 미국 샌디에이고 쉐라톤 호텔의 테니스장. 운동을 즐기기 위해 테니스 코트를 찾은 투숙객들은 아연실색했다. 테니스장 코트 한곳에 전력용 발전기 4대가 설치돼 돌아가고 있었기 때문. ‘발전기에서 나오는 오염물질을 모두 마시며 운동을 하라는 것이냐’는 항의에 대해 호텔 매니저는 “테니스코트에 설치된 발전기는 발전용 연료전지로 유해물질이 전혀 배출되지 않는다”고 대답했다. 그는 이어 “여러분들은 인류 미래의 친환경 발전기술의 시작을 직접 목격한 행운아입니다”라며 미소를 지었다. 발전용 연료전지가 새로운 미래에너지로 주목받고 있다. 최근 고유가 현상이 지속되면서 대체에너지에 대한 관심이 높아지자 뛰어난 효율성과 친환경성을 자랑하는 발전용 연료전지가 급부상했다. 발전용 연료전지는 수소와 공기 중의 산소가 전기화학반응에 의해 전기를 만들어 내는 시스템. 지난 1970년대 민간차원에서 처음으로 개발됐으며 현재는 미국, 일본 등의 병원ㆍ호텔ㆍ가정 등 분산형 전원이 사용되는 건물들에서 적용되고 있다. 김중곤 포스코파워 연료전지부문 상무는 “발전용 연료전지 기술은 현존하는 발전기술 중에서 가장 값싸게 전기를 만들 수 있는 기술”이라며 “워낙 초기단계이기 때문에 선진국과 후발주자들간 기술격차도 크지 않아 성장성이 큰 에너지 기술”이라고 말했다. 현재 국내에서는 삼성에버랜드, 삼성물산 등이 PAFC 분야에 진출했으며, 포스코와 두산중공업 등이 MCFC에 도전장을 내밀었다. 특히 포스코의 경우 오는 9월초 MCFC방식을 사용한 발전용 연료전지 공장 준공을 계기로 본격적인 상업화에 나설 예정이다. 업계에서는 오는 2010년 발전용 연료전지의 세계시장 규모가 120억~220억 달러에 달할 것으로 전망하고 있다. 발전용 연료전지의 가장 큰 강점은 높은 발전효율성. 기존의 화학에너지 발전기술은 화학에너지->열에너지->운동에너지->전기에너지로 변환되면서 약 70%의 에너지가 소실되기 때문에 발전효율이 30~40%에 불과하다. 하지만 연료전지는 화학에너지를 전기화학반응을 통해 곧바로 전기에너지로 변환하는 단순한 과정만 거치기 때문에 발전효율이 30~60%에 달한다. 김 상무는 “효율면에서는 이미 기존 발전시설의 경쟁력을 뛰어 넘었다”며 “지속적인 투자로 비용을 줄이고 규모의 경제가 이뤄진다면 현재의 발전기술을 대체할 수 있다”고 강조했다. 발전용 연료전지의 또 다른 강점은 친환경성. 이 시스템은 화석연료를 사용하지 않기 때문에 질소산화물, 이산화탄소 등 대기오염물질과 소음이 거의 발생하지 않는다. 실제 발전용 연료전지의 질소산화물 농도는 1~2ppm에 불과해 디젤(1,400), 가스터빈(42)에 비해 획기적으로 적고, 이산화탄소 배출량 역시 111gㆍc/kWh로 가스터빈(233), 화력발전(175) 보다 적다. 이외에도 전기화학반응의 원료로 사용하는 수소를 다양한 방법을 통해 얻을 수 있어 비용을 절감할 수 있다. 천연가스는 물론, 메탄가스와 생활폐기물 발효 처리과정에서 얻어지는 바이오가스도 사용할 수 있기 때문이다. 실제 일본의 기린맥주의 경우 돗토리현의 공장에 발전용 연료전지를 설치해 맥주제조과정에서 발생하는 가스를 공장발전에 사용하고 있다.
연료전지는 지금 3세대로 진화중
고체산화물을 전해질로 사용… 2012년께 기술개발 완료될듯 연료전지는 전기화학반응에 사용되는 전해질의 종류에 따라 분류된다. 1세대인 PAFC(Phosphoric Acid Fuel Cell)는 인산을, 2세대인 MCFC( Molten Carbonate Fuel Cell)는 용융탄산염을, 3세대인 SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)는 고체산화물을 전해질로 사용한다. PAFC는 지난 1988년 개발돼 1992년 상업화에 성공한 기술로 발전효율이 30~37%로 기존 화력발전소들과 비슷하다. MCFC는 1996년 개발에 성공해 2001년부터 상용화된 기술로 발전효율이 최대 50%이며 열병합발전 시 65%까지 확장할 수 있다. 이는 기존 발전소들의 발전효율을 훌쩍 뛰어넘는 결과다. SOFC는 기능성세라믹인 고체산화물을 전해질로 사용하는 방식으로 현재 전세계 에너지 관련 기업들이 개발에 박차를 가하고 있다. 오는 2012년께 기술개발이 완료될 것으로 보이며 발전효율은 60%를 넘어설 것으로 기대된다.