연료전지, 21세기에 진가 발휘하다

연료전지, 21세기에 진가 발휘하다

 

산업용・자동차용・가정용 연료전지 시장 급속 성장세 

 

‘우주선에서 쓰는 에너지원’. ‘발전, 굴뚝・소음 없고 발전효율은 최고’.

연료전지가 세상에 나온 지 200년이 넘어서야 세상에 진가를 발휘하고 있다. 연료전지는 환경오염을 최소화하면서 전기와 열을동시에 생산해내는 매력적인 에너지원이지만 석유, 석탄 등 에너지원에 그늘에 가려 그 진가를 발휘하지 못했다.  하지만 화석연료의 한계와 신재생에너지에 대한 관심이 높아지면서 연료전지가 새롭게 부각되고 있는 것이 요즘이다. 특히 온실가스 배출 규제가 강화되고 신재생에너지 발전에 대한 의존도가 높아지면서 연료전지의 필요성이 크게 대두되고 있다. 여기에 지속되는 연구개발로 생산가격이 크게 낮아지고 있고 높은 발전효율을 나타낸다는 점이 연료전지를 무대 전면에 등장한 요인이다. 태양광이나 풍력 등 재생에너지원과 비교하면 아직 폭발적인 성장세를 보여주지는 못하지만 연료전지 시장이 크게 성장할 것으로업계는 내다보고 있다.

 

 

 

조사기관들, 연료전지 시장 대폭 성장 예상

 

일본 후지경제가 최근 일본・아시아・북미・유럽 등 총 11개국을 대상으로 조사한 ‘2011 연료전지 관련 기술, 시장의 장래 전망’에서 앞으로 연료전지 시장의 대폭 성장할 것으로 전망했다.

자료에 따르면 연료전지 자동차 부문은 2010년 185대인 보급대수가 2025년께는 약 5,700배 확대돼 105만대까지 늘어날 것으로예상됐다. 금액으로 환산하면 같은 기간 동안 시장규모는 56억엔에서 2조5,100억엔으로 늘어난 수치다.

가정용 연료전지 시장은 2025년에 이르면 2010년 157억엔 수준에서 85배가량 성장한 1조3,335억엔의 시장을 형성할 것으로 추산됐다. 역시 일본이 상품개발에 있어 선도적인 위치에 있는 가운데 우리나라와 독일・영국・덴마크 등 유럽국가가 보급을 확대하고 있어 2015년 이후에 시장형성이 기대된다.

독일에서는 2015년까지 800대의 연료전지시스템 실증을 수행하는 프로젝트가 추진되고 있다. 또한 유럽・캐나다・미국에서도시장 창출을 위해 다른 국가의 개발 프로그램에 참가하거나 가스회사와 연대 등을 적극적으로 추진하고 있다.

건물 및 발전용 연료전지 시스템 분야는 2010년 545억엔에서 2025년 8,610억엔의 시장을 형성한다는 관측이다. 인산형(PAFC)과용융탄산염형(MCFC) 방식의 연료전지가 점포・상업시설・빌딩 등의 시설을 포함해 공장・데이터센터・창고 등에 활발하게 적용될 것으로 보인다.

인산형 및 용융탄산염형 연료전지 제조사는 미국에 있어 북미시장이 견인하고 있으며, 다음으로 열전병합설비의 도입을 추진하고 있는 유럽과 아시아 시장이 시장 확대에 크게 기여한다는 분석이다.

 

 

 

포스코파워・퓨얼셀파워이 국내 연료전지 시장 선도

 

전기자동차에 들어가는 2차전지에 비해 연료전지라는 단어는 사람들의 입에 오르내리는 경우가 적다. 때문에 많은 사람들이 우리나라가 연료전지 개발 수준이 선진국에 비해 크게 뒤떨어져 있거나 국내에는 시장이 아직 형성되지 않았다고 생각하기 쉽다.

하지만 국내 연료전지 개발 수준은 이미 세계적인 수준에 근접했고 국내시장 또한 해외기업이 호시탐탐 진출을 노리는 노른자위로 변해가고 있다.

국내 연료전지 개발을 선도하고 있는 기업은 단연 포스코파워다.

포스코파워는 최근 발전용 연료전지 시스템의 핵심설비인 스택 제조공장 준공식을 열었다.

이번 준공으로 포스코파워는 연료전지의 핵심 완제품을 자체 생산할 수 있는 체계를 갖추게 됐다. 특히 해외 기업 의존에서 탈피해 독자사업 기반을 구축하는 등 발전용 연료전지 국산화에 다가섰다. 지난해 4월 착공한 후 1년 만에 준공된 이 공장에서는 연100MW 규모의 스택이 생산될 수 있다. 이는 일반주택으로 따지면 약 12만가구가 사용할 수 있는 연료전지에 들어갈 수 있는 양이다.

포스코파워가 생산하는 연료전지는 용융탄산염(MCFC) 방식으로 미국 퓨얼셀에너지(FCE)가 원천기술을 갖고 있다. 포스코파워는 지난 2009년 FCE로부터 셀 제조기술 이전을 조건으로 주식을 취득 현재 최대주주인 상태다.

가정용소형 연료전지부문에서는 중소기업인 퓨얼셀파워가 저력을 과시하고 있다. 퓨얼셀파워는 최근 연료전지 종주국이라 할 수있는 일본에 연료전지를 수출했다. 일본의 ‘카본-뉴트럴(탄소중립) 실증시스템 프로젝트 참여를 통해 10kW급 1대, 1kW급 2대 등총 3대를 연료전지를 일본 쓰쿠바 대학 내 실증단지에 설치해 가동 중이다.

퓨얼셀파워는 지난 2005년 1kW급 가정용 연료전지에 이어 2009년 10kW급 상업용 연료전지 개발에 성공했으며 이번 일본 진출을 통해 그 기술력을 다시 한번 인정받았다.

퓨얼셀파워는 지난 2004년 고분자 연료전지의 핵심부품인 막전극접합체(MEA)와 셀스택을 국산화 했다. 또한 2006년부터2009년까지 가정용 연료전지 모니터링 사업을 통해 100여기의 1kW급 연료전지 시스템을 전국에 설치해 실증 운전하고 있다.

연료전지와 관련 우리 기업 및 국내 시장의 성장세가 두드러지자 미국의 연료전지 전문업체 클리어에지파워는 아시아・태평양지역 공략 교두보를 우리나라로 택했다. 미국 오리건주에 자리잡고 있는 클리어에지파워는 지난 2003년 설립된 연료전지 전문업체로 현재 5kW급 제품을 생산하고 있으며, 15kW급 제품도 개발 중이다. 제품 연계를 통해 100kW급까지 용량을 확대할 계획이다.

특히 5kW급 고온 고체고분자형(PEM) 연료전지는 최근 한국가스안전공사의 시험인증을 통과해 국내 진출을 위한 준비를 마쳤다.

 

 

 

안정적 수소 공급 위한 연계시스템 구축 필요

 

전문가들은 연료전지의 장점을 살리는 동시에 에너지효율 극대화 차원에서 타 에너지원과의 최적의 조합을 찾는 것이 중요하다고 지적한다. 주 원료인 수소를 원활하게 공급받을 수 있는 시기가 도래하기 전까지 이를 극복할 수 있는 연계 시스템을 구축해야한다는 것이다.

이와 관련, 국내외 몇 사례는 연료전지의 주 원료인 수소를 공급하는 순환 모델을 구축했다는 점에서 주목할 만하다.

미국 신에너지 자본 및 청정기술의 사회시설구조 자금 관리청(NECCIF)은 2,350만달러를 투자해 연료전지 프로젝트를 추진한다.샌디에이고 하수처리장에서 생산되는 하수오니(하수 침전물 찌꺼기)를 발효해 신재생 연료인 바이오가스를 생산하고 이 바이오가스를 연료로 한 4.5MW규모의 대용량 연료전지를 3대 설치하는 것이 프로젝트의 주요 내용이다.

폐기물로부터 가스를 생산하고 여기서 다시 수소를 얻어 연료전지를 가동하기 때문에 효율 측면에서 훌륭한 조합이라고 볼 수 있다.

우리나라도 수소연료전지로 전기・열・수송용 연료를 공급하는 수소타운(H-Town) 시범사업을 추진할 계획이다. LNG 개질뿐만아니라 발전소 및 하수처리장・축산농가 등에서 발생하는 부생수소 및 바이오가스에서 수소를 추출, 공급하기 때문에 사업이 성공적으로 추진된다면 유사분야에서 연료전지의 활용이 크게 확대될 수 있다.

연료전지는 총 부품수로 보면 약 4,000여개까지의 부품이 필요한 거대한 부품 소재 산업인 동시에 시스템, 설치, 유지보수까지 필요하다.

기존 연료전지 산업과 다른 신재생 분야는 외국 기술을 도입하거나 기술 추격을 통해 기술개발이나 상업화가 이뤄져 왔다면 연료전지는 우리 자체 기술을 통한 한국형 제품으로 개발할 수 있다.

이렇게 되면 세계 시장에서 선점효과를 볼 수 있으며 국내 부품 소재 산업에 새로운 큰 시장을 열 수 있다. 아울러 국가 차원에서부품 소재 산업 외에도 기계・전자・화공 등 산업전반의 파급효과와 우수한 벤처기업 육성 효과를 거둘 수 있을 것이다.

이런 기회를 활용하기 위해선 정부차원의 장기적인 연구개발(R&D) 지원 프로그램이 필요하다. 아직까지 본격적으로 형성되지 않은 시장으로 인해 기업의 수익성이 떨어지고 이로 인해 기업들이 아직은 R&D에 소극적이기 때문이다. 

[출처] 고효율・친환경 연료전지 (월간 전기산업) |작성자 맥스