[한국에너지신문] 연료전지는 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전장치를 말한다.
연소 없이 ‘화학반응’을 이용해 전기를 생산하기 때문에 공해물질이 발생하지 않아 대표적인 재생에너지로 꼽힌다.
1839년, 영국의 물리학자인 그로브(William Robert Grove)박사가 수소와 산소반응 결과를 통해 가스전지를 만든 것을 최초로 보고 있다.
연료전지는 1965년, 미국의 우주선 제미니 5호에 적재되어 우주선 내 전력과 음료수를 공급하면서 크게 주목을 받기 시작한다.
발전원리를 살펴보면, 연료인 수소가스를 연료 극 쪽으로 공급하면 수소는 수소이온과 전자로 분리되며, 공기극에서는 공급된 산소와 전해질을 통해 이동한 수소이온과 외부 도선을 통해 이동한 전자가 결합해 물을 생성 시키는 산소환원 반응이 일어나는데 이때 전자의 외부 흐름이 전류를 형성, 전기를 만든다. 장치는 개질기(Reformer)와 전기출력을 얻기 위해 단위전지를 직렬로 쌓아 올린 스택(Stack), 직류전기를 교류로 변환시키는 장치인 전력변환기(Inverter), 연료, 공기, 열회수 등을 위한 주변보조기기(BOP) 등으로 구성되어있다.
연료전지의 경우 전해질 종류에 따라 구분되는데 알카리(AFC), 인산형(PAFC), 용융탄산염형(MCFC), 고체산화물형(SOFC), 고분자전해질형(PEMFC), 직접매탄올(DMFC) 등으로 구분한다.
장점으로는 전기와 열이 생산되는 에너지 효율이 70~80%에 달해 발전효율이 매우 높은 편이다. 모듈형태로 제작이 가능해 발전규모 조절이 용이하고 설치장소의 제약이 덜해 도심 내 설치 가능하다. 또한 소음, 유해가스 배출 등의 문제도 적으며, 분산형 전원장치로 그 활용 가능성이 매우 크다.
이 외에도 전기와 물, 열만을 발생시키고 오염물질을 전혀 배출하지 않으며 현재는 화석연료로부터 수소를 얻고 있으나 향후 신재생에너지를 통해 물의 전기분해로 수소를 얻게 될 경우, 연료전지는 이산화탄소 및 질소산화물, 황산화물 등의 배출이 전혀 없는 무공해 에너지가 될 가능성이 높다.
이러한 장점에도 불구하고, 고도의 기술력과 백금 등의 고가의 원재료 사용으로 인해 경제성이 떨어지는 점 등에서 상용화가 쉽지 않다.
2016년도 신재생에너지 보급통계에 따르면, 국내 연료전지 보급용량은 지난해 6354kW로, 누적 보급용량은 171MW다. 국내 연료전지 관련 사업 기업체는 약 15개 정도 되며, 매출액은 2800여 억원으로 집계됐다. 최근에는 수출사업도 진행되고 있어, 지난해 약 700억 원의 수출 실적을 달성했다.
2013년에 발표된 일본 후지경제연구소의 전망에 따르면 해외 연료전지 시장 규모는 향후 15년간 약 73배 증가해 2011년 699억 엔에서 2025년 5조 1843억 엔에 이를 것으로 예상하고 있다. 특히 연료전지 자동차 시장이 향후 9700배 성장할 것으로 예상해 최대 성장부문으로 예상했다. 수소연료전지차의 대중화 시점은 2025년 경이며, 현재 도요타와 현대자동차 등의 기업이 시장을 주도하고 있다.
