도심지에 적합한 분산형발전으로 'MCFC' 각광
수소 직접 사용하는 외부개질형 시스템 개발 필요

 

▲ 서울시 상암동 월드컵공원에 설치된 포스코에너지 2.4㎿급 mcfc
[이투뉴스] 연료전지는 수소를 원료로 화학반응을 일으켜 전기를 만드는 고효율 친환경에너지원이다. 발전효율이 높으면서도 이산화탄소 등 유해물질이 발생하지 않아 화석연료 고갈과 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 신재생에너지다. 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하기 때문에 에너지 손실이 적어 현재 발전설비 가운데 효율이 가장 높은 것으로 알려져 있다.

지금은 수소를 직접 활용하지 않고 가스를 개질해 뽑아낸 수소를 사용하고 있지만 장기적인 측면에서는 수소 사회로 전환하는 과정에 있다는 게 전문가들의 중론이다. 발전용과 수송용, 건물용 등 용도에 따라 적용 범위가 넓다는 것도 장점이다.

연료전지 발전시스템은 친환경성, 연비절감, 설치용이 및 안정성 등의 장점을 바탕으로 대규모 공장이나 발전소, 데이터센터, 아파트단지, 호텔, 병원 등 공공시설 및 도심지에서도 운영할 수 있는 분산형 발전설비다. 이와 함께 안정적인 전력공급과 무소음으로 선박과 비상전원용으로도 활용되고 있다.

발전용으로는 작동온도가 650도 이상인 고온형 시스템인 용융탄산염연료전지(MCFC)와 차세대 연료전지인 고체산화물연료전지(SOFC)가 대표적이다. MCFC(용융탄산염연료전지)는 설비규모를 ㎾급에서 ㎿급까지 다양하게 조성할 수 있다.

우리나라 연료전지 1세대 연구자이기도 한 홍성안 한국과학기술연구원 연료전지연구센터 연구위원은 "분산형 발전은 전력 공급과 소비 사이의 효율을 극대화하는 스마트그리드 시대의 필수적인 발전형태"라며 "이런 면에서 발전용 MCFC는 스마트그리드에 가장 적합한 기술"이라고 설명했다. MCFC 발전소를 전력이 필요한 지역에 직접 설치해 전기를 생산한 곳에서 바로 사용하기 때문에 송·배전의 손실이 없는 이상적인 시스템이라는 것이다.

MCFC는 작동온도가 650도로 크게 외부개질형과 내부개질형으로 나뉜다. 외부개질형은 연료전지 외부에서 수소를 제조해 공급하는 것으로 석탄가스화 연계방안 등 한전에서 연구를 진행했지만 현재는 중단된 상태다. 외부개질형은 수소를 직접 원료로 사용하기 때문에 연료전지의 최종적인 목적에 부합하지만 고온발열에 대한 제어가 까다로워 세계적으로 성공사례를 찾기 어렵다.

내부개질형은 천연가스를 직접 연료전지에 투입해 내부에서 수소를 분리·공급하는 형태로 현재 모든 MCFC가 내부개질형을 채택하고 있다. 우리나라에서는 유일하게 포스코에너지가 세계 연료전지 선도기업인 미국 FCE와 기술제휴를 맺고 포항 공장에서 생산하고 있다.

국내에는 발전차액지원(FIT)제도를 통해 2006년 이후 모두 16개, 설비용량으로는 약 50㎿의 MCFC가 설치돼 운영되고 있으며 올해부터는 신재생에너지 공급의무화(RPS)제도 도입에 따라 각 발전사에서 건설을 협의 중에 있다. 태양광과 풍력에 비해 차지하는 면적이 적고 열 생산도 가능하지만 아직 가격이 높다는 점이 단점으로 지적되고 있다.

홍성안 연구위원은 "차세대 연료전지인 SOFC에 대한 투자도 좋지만 중단됐던 외부개질형 MCFC 연구를 정부가 주도적으로 다시 진행할 필요가 있다"면서 "셰일가스 개발붐으로 연료전지 산업이 원료비 절감 등 긍정적인 영향을 받겠지만 결론적으로는 수소를 직접 활용하는 기술개발에 무게를 둬야 한다"고 조언했다.

◆포스코에너지, 세계적인 MCFC 전문기업 '도약'

 

▲ 포스코에너지 연료전지연구소 실험실
포스코에너지(사장 오창관)는 MCFC 연료전지 분야에서 세계적인 경쟁력을 갖추고 있다. 2000년대 초반 국책과제를 통해 연료전지 기술개발에 착수했으며 2004년 FCE의 내부개질형 250㎾급 MCFC를 들여와 실증을 수행했다.

2008년 포항에 연산 50㎿ 규모의 MCFC BOP(주변기기) 공장을 준공했고, 지난해 30㎿(최대 100㎿) 규모의 스택제조 공장을 경북 포항에 건설해 운영하고 있다. 현재 2800㎾와 1400㎾, 300㎾, 100㎾급 MCFC 제품 라인을 보유하고 있다. 아울러 포항 연료전지연구소(소장 황정태)에서 차세대 기술로 손꼽히는 SOFC의 조기 상용화를 위해 R&D에 열중하고 있다.

특히 BOP 및 스택 제조공장 준공으로 연 100㎿ 규모의 MCFC를 자체 생산할 수 있는 체제를 구축한 것은 세계 최초 사례로 꼽힌다. 포스코에너지가 MCFC의 국산화 작업과 함께 집중 투자하고 있는 분야는 연료전지 R&D다. 포스코에너지 연료전지연구소는 2009년 설립됐으며 50여명의 연구원이 발전용 연료전지와 건물용, 비상발전용, 선박용 등 시장 선점을 위한 맞춤 제품을 개발하고 있다.

지난 2월 국내 최초로 100㎾급 건물용 MCFC 개발에 성공해 어린이대공원과 서북병원에 설치했으며 2013년에는 10㎿급 건물용, 2016년에는 선박용 연료전지를 출시할 계획이다. 효율 및 경제성, 수명, 크기 등에서 획기적인 향상을 기대할 수 있는 SOFC 부문에서는 10㎾급을 시작으로 대면적화에 힘쓰고 있다.

포스코에너지는 기술경쟁력과 안정적인 생산시스템 확보를 통해 MCFC의 수출에도 적극 나서고 있다. 지난달 인도네시아 자카르타에 300㎾급 국산 MCFC발전소를 착공했다. 현재 포스코에너지는 서울과 부산, 대구, 인천, 포항 등 도심지를 포함한 20개 지역에 모두 52㎿ 규모의 연료전지 발전소를 설치·운영하고 있으며 내년에는 경기도 화성에 세계 최대 규모인 60㎿급 MCFC 발전소를 준공할 예정이다.

김부민 기자 kbm02@e2news.com

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