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지구온난화 문제가 심각해지며 친환경 에너지원에도 관심이 집중되고 있습니다. 그 중 가장 현실적인 대안으로 꼽히는 에너지인 수소에너지를 적용할 수 있는 수소 연료전지에 대해 알아보았습니다. |
수소 연료전지(hydrogen fuel cell)는 산소와 수소의 전기화학 반응을 이용해 연료의 화학적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치입니다. 수소 연료전지는 발전기와 같은 중간 매체를 사용하지 않으며, 수소와 산소의 반응에 의해 전기를 직접 생산하기 때문에 화석연료를 이용한 터빈발전 방식에 비해 발전효율이 약 26%가량 높습니다. 또한 연료가 외부에서 지속적으로 공급될 수만 있다면 계속해서 전기를 발생시킬 수 있다는 장점이 있으며, 소음이 없고, 온실가스 발생이 적은 친환경 에너지원입니다.
최근 지구온난화와 같은 화석연료의 부작용이 세계적으로 큰 이슈가 되면서 새로운 청정연료로 수소가 각광받고 있고, 이에 따라 수소연료전지도 높은 인기를 끌고 있습니다. S-Oil, 한화 솔루션, 포스코 등 국내 여러 기업들도 친환경 에너지 트렌드에 맞춰 수소사업 계획을 내놓으며, 탄소배출량 감축을 향한 발걸음을 내디뎠습니다.
현재 상용화되고 있는 수소 연료전지는 크게 가정용, 수송용, 발전용으로 나뉩니다.
[가정용 연료전지]
가정에서 직접 전기를 생산하는 태양광 발전 패널을 주택가에서 흔히 볼 수 있습니다. 태양광 패널 외에도 전기를 생산하는 또 다른 방법인 가정용 연료전지는 연료용 가스에 포함되어 있는 수소를 대기 중의 산소와 반응시켜 전기와 열을 동시에 생산하는 연료전지입니다. 쉽게 말해 도시가스가 공급되는 주택에 연료전지를 설치하면 여기서 전기와 열이 생산되는데 그중 전기는 가정에서 사용하는 전기의 일부로 활용하고 열은 온수나 난방의 일부로 사용하는 것을 말합니다. 이를 사용할 경우에는 각 가정에서 전기와 열을 생산해 그중 70~90%를 이용할 수 있기 때문에 에너지 절약과 친환경성에서 기존 발전 방법에 비해 뛰어난 모습을 보입니다. 또한 지진이나 태풍 등 자연재해로 인해 정전사태가 일어나도 자가발전이 가능해 비상용 전원과 용수의 확보가 가능한 방재성을 갖추고 있기도 합니다. 가까운 나라 일본에서는 정부와 산업계의 노력으로 가정용 연료전지 에네팜(Ene-Farm)을 상용화하는 데 성공했습니다. 에네팜(Ene-Farm)은 에너지(‘Ene’rgy)+농장(Farm)을 합친 조어로, 2019년 12월 말 기준으로 약 33만 6,000대가 보급됐습니다. 이처럼 일본이 가정용 연료전지 보급률을 크게 증가시킬 수 있었던 원동력은 지난 2011년 발생한 동일본 대지진에서 찾을 수 있습니다. 화력 및 원자력발전소 등 기존 일본 전역 대부분의 전력을 책임졌던 발전소들이 동일본 대지진으로 피해를 입으면서 에너지 수급구조에 큰 영향을 미친 것입니다.
이에 일본 정부는 기존 원전의 안전성 제고, 신재생에너지 비중 확대 추진, 에너지 절약, 열병합 발전, 스마트 그리드 그리고 연료전지를 중심으로 한 분산발전 시스템 도입 등에 정책의 초점을 두기 시작하면서 가전용 연료전지 시장의 성장을 촉진시켰습니다.
또한, 일본 내 도시가스기업 및 지자체와 구축한 협력 체계는 연료전지 시장 확대에 공헌하는 결과를 낳았습니다. 도시가스기업들은 인프라를 활용해 에네팜 보급에 앞장섰고, 지자체들은 에너지 자립형 마을 조성에 앞장섰습니다.
국내 시장 역시 본격적인 상용화 준비에 돌입했습니다. 2019년과 2020년 미코, STX 중공업, 에이치앤파워 등의 일부기업에서 1~2kW급 소형 SOFC 연료전지 개발과 상용화에 성공하며, 핵심기술의 고도화 및 국산화에 박차가 가해지고 있고, 산업통상자원부 국가기술표준원은 지난 5월 24일 국내 업체가 개발한 고체산화물 수소 연료전지 시스템에 ‘산업융합 신제품 적합성인증’을 부여하며, 시장 출시의 길을 열었습니다.
[수송용 연료전지]
수송용 연료전지 시스템으로 주행하는 수소 전기차는 커다란 배터리 외에 별도의 연료전지 시스템을 마련하고 그 안에서 수소와 산소의 전기화학 반응을 일으켜 얻은 전기로 동력을 얻습니다. 전기 대신 수소를 충전한다는 점, 우리 주변의 공기를 이용한다는 점, 수소와 산소가 만나는 과정에서 공기 속 먼지를 걸러내고 순수한 물을 만든다는 점에서 일반 전기차와 다릅니다.
수소 전기차는 내연기관 자동차와 달리 오염물질과 온실가스를 배출하지 않을 뿐만 아니라 미세먼지 등이 제거된 깨끗한 공기를 배출해 친환경 미래를 위한 대안으로 떠오르고 있습니다. 서울시 370번 버스 한 대가 1년 동안 운행하는 거리인 8만 6000㎞를 수소전기버스로 운행하면 총 41만 8218㎏의 공기가 정화된다고 합니다. 현대차 관계자는 “수소버스 한 대 교체로 30년생 소나무 1만 9000그루가 연간 흡수하는 12t 가량의 이산화탄소가 저감되는 효과가 난다”라고 설명했습니다.
이외에도 저소음, 저진동, 고출력, 장거리주행이라는 장점을 가진 수소 전기차의 상용화를 위한 노력이 전국 지자체 곳곳에서 이어지고 있는데요, 창원시는 2016년부터 현재까지 기초 지자체 최대 규모인 720대의 수소차를 보급하였으며 작년 6월에 국내 최초 수소 시내버스 정규노선 운행 개시 이후 현재까지 수소버스를 22대를 보급하여 시내버스 노선에서 운행하고 있습니다.
서울시 또한 12월 15일부터 수소 시내버스의 정식 운행을 시작했습니다. 서울시는 이번 도입을 시작으로 2025년까지 수소버스를 1000대 수준으로 늘릴 계획입니다. 현재 서울에서 운행 중인 시내버스는 7393대입니다. 또한 수소버스 전용 충전소 11곳을 새로 짓는 등 충전 인프라 구축에도 적극적으로 나설 예정입니다.
[출처]
한경 경제용어사전, 수소연료전지
https://terms.naver.com/entry.nhn?cid=42107&docId=2065369&categoryId=42107
Industry news, 일본, 가정용 연료전지로 수소사회 구현 나선다, 정한교, 2020.08.05.
http://www.industrynews.co.kr/news/articleView.html?idxno=39145
연합뉴스, ‘수소산업 특별시’ 목표 창원시, 육성 조례안 입법예고, 이정훈, 2020.12.22.
https://www.yna.co.kr/view/AKR20201222075700052?input=1195m
현대자동차. 수소전기차의 심장, 연료전지시스템은 얼마나 안전할까, 2019.02.07
https://news.hmgjournal.com/Tech/?p=157724
한국경제, 청정공기 내뿜는 수소버스…소음도, 진동도 없네, 박종관, 2020.12.15
https://www.hankyung.com/society/article/2020121520981
