연료전지, A4 한장 정도로 전구 3개 켠다

연료전지는 원료인 수소를 산소와 반응시켜 열과 전기를 얻는다. 물을 전기분해해 수소와 산소를 만들어내는 원리를 반대로 생각하면 쉽다. 이 반응이 일어나는 곳이 바로 MEA로, A4용지 한 장 정도면 전구 3개나 켤 수 있는 에너지가 나온다. MEA 하나로 구성된 단위전지를 여러 장 겹치면 연료전지가 된다.


이원용 한국에너지기술연구원 연료전지연구단장이 연료전지의 핵심부품인 전극전해질접합체를 설명하고 있다.

이렇게 만들어지는 연료전지는 다양한 장점을 갖고 있다. 가정용의 경우 발전 뿐 아니라 발전 과정에서 나오는 열을 난방에 활용할 수 있다. 발전효율만 해도 35%에 달해 기존 발전시스템보다 높다. 여기에 난방효율까지 더하면 전체 효율은 80%에 달해 압도적인 우위를 자랑한다. 효율이 높으면 높을수록 연료 사용이 줄어든다.

게다가 연료에서 수소를 제조하는데 소량의 이산화탄소가 나오는 것을 제외하면 발전 과정에서 이산화탄소가 나오지 않는다. 황·질소산화물 등 오염물질도 거의 배출하지 않아 환경친화적이다. 소음이 없고 천연가스나 도시가스, 나프타 등 다양한 연료로부터 수소를 뽑아내 발전할 수 있다는 점도 매력적이다.


연료전지는 녹색성장의 열쇠 중 하나

이런 까닭에 연료전지는 미래에너지원으로 주목받고 있다. 여러 선진국에선 연료전지를 미래먹거리, 성장동력으로 보고 각종 연료전지 개발에 박차를 가하고 있다. 특히 연료전지 선진국 일본은 이미 발전기와 보일러를 병용한 가정용 연료전지 코제너레이션 시스템와 연료전지 자동차 등을 선보이며 보급을 늘리고 있다.

외견상으론 우리도 일본처럼 가정용 연료전지를 시범적으로 보급하고 있고, 연료전지 자동차도 시범적으로 제작해 운행하는 등 일본과 비슷한 속도를 보이고 있다. 그동안 시스템 기술 개발에 주력해왔기 때문에 시스템 설계 및 제조 기술 측면에선 많이 따라잡았기 때문이다.

정부도 9월 11일 ‘그린에너지산업 발전전략’에서 연료전지를 녹색성장의 열쇠 중 하나로 규정하며 2020년까지 가정용 연료전지 10만대를 보급하겠다고 밝혔다. 규모에 차이가 있을 뿐 진행 속도와 방향은 크게 다르지 않은 셈이다.


가정용 연료전지 9000만원에서 500만원 이하로 내려야

하지만 커다란 문제가 있다. 우리나라엔 연료전지 핵심부품인 MEA 등 여러 부품소재를 독자적으로 생산할 수 있는 능력이 현재로선 없다. 앞으로 연료전지 시대가 열릴 경우엔 원천기술을 가진 외국업체에 주도권을 빼앗길 가능성이 높다. 이들은 제품은 팔되 기술제휴 등을 꺼릴 정도로 정보를 보호하고 있다.

“국내에선 독자적으로 MEA를 만들지 못합니다. 대부분은 MEA를 통째로 수입하고 있고, 일부는 전해질과 전극 등 소재를 수입해 MEA를 만듭니다만, 핵심기술을 수입한다는 점에선 동일합니다. 이걸 국산화하고 대량생산해 제품값을 낮춰 어느 정도 기반을 갖춰야 외국업체에 압도당하지 않고 시장에서 경쟁할 수 있습니다.”

현재 연료전지 가격은 1㎾짜리 가정용 연료전지가 대략 9000만원선. 부품소재가 비싸고 제작을 모두 수작업으로 진행하기 때문이다. 이 단장은 연료전지가 경쟁력을 가지려면 최소한 500만원대 이하로 가격을 낮춰야 한다고 보고 있다.

이 단장은 연료전지의 핵심 부품소재를 개발하고 있다. MEA의 전해질로 고분자막을 개발하고 여기에 붙이는 촉매 또한 백금의 사용비율을 낮춰 가격을 떨어뜨렸다. 또 수작업으로 생산되는 MEA를 대량생산할 수 있는 기반을 구축하고 있다. 쉬운 작업은 아니다. 같은 소재라고 하더라도 얼마나 조화롭게 접합하느냐에 따라 성능에 천지차이가 나기 때문이다.

“지금 기술로 상용화가 이뤄지지는 않을 것으로 봅니다. ‘진검승부’는 최소 5년 이후에 벌어질 겁니다. 그때 제대로 된 기술로 경쟁해야 합니다. 저는 그걸 대비하는 겁니다. 그래서 핵심기술이나 기반기술이 필요한 겁니다. 우리가 기술을 가지고 있어야 외국에 압도당하지 않고 시장에서 경쟁할 수 있거든요. 기업과 정부, 연구소가 같이 노력해야 한다면 이룰 수 있습니다.”