발전소 CO₂로 만든 포름산으로 연료전지 가동

[이투뉴스] 발전소에서 배출되는 온실가스를 포집해 이를 화학물질인 포름산(개미산)으로 전환하고, 이를 다시 연료전지 연료로 사용해 전기를 생산하는 기술이 상용화 된다. 대표적 온실가스인 CO₂는 포집하더라도 저장에 막대한 비용이 들고 재활용 용도가 제한적이었다.  

전력연구원(원장 김동섭)은 액체상태의 포름산(개미산)을 연료로 전기를 생산하는 200W 연료전지를 개발해 실증에 성공했다고 3일 밝혔다. 연구원은 이 설비를 1kW급으로 키워 남부발전 하동화력 10MW급 건식포집설비에서 생산된 CO₂를 전환해 만든 포름산으로 연료전지를 가동할 계획이다.

연구원에 따르면, 현재 연료전지는 메탄올이나 도시가스 등 수소화합물을 개질기로 분리해 여기서 나온 수소를 연료로 이용하고 있다. 설비특성에 따라 PEMFC(고분자전해질 연료전지), MCFC(용융탄산염 연료전지), SOFC(고체산화물 연료전지) 등으로 구분되며, 가정용이나 발전용으로 사용되고 있다.

특히 천연가스를 이용한 연료전지의 경우 법령산 신에너지로 분류돼 발전사들의 RPS 이행수단으로 크게 확대되고 있다. 하지만 LNG 역시 엄연한 화석연료인데다 주성분에 온실가스인 메탄 등이 포함돼 있어 연료전지를 신재생에너지로 인정해야 하는지는 지속적인 논란거리다.

반면 전력연구원이 개발한 포름산 연료전지는 액체상태의 포름산을 별도 연료변환 없이 직접 사용할 수 있어 이용과 수송이 편리한데다 골칫거리인 CO₂를 발전연료로 활용할 수 있다는 점에서 주목을 받고 있다.

앞서 연구원은 충남대학교와 연료전지 제작 단가를 낮추고 효율은 높이는 촉매 제조기술을 개발했고, 이후 연료전지 성능을 높이기 위해 막-전극 접합체의 최적 제조방법을 잇따라 개발했다. 이번 200W 연료전지 시제품의 경우 최대 300W까지 출력을 내는 등 우수한 성능을 자랑한다.

전력연구원은 이번 연구성과를 바탕으로 설비용량을 5배인 1kW까지 키워 발전소에서 포집한 CO₂를 전환해 만든 포름산을 연료로 연료전지를 가동한다는 계획이다. 이와 관련 남부발전은 하동화력 10MW급 CO₂포집설비에 하루 500kg의 연료전지용 포름산을 생산하는 전환설비를 설치하고 있다.

개미산으로도 불리는 포름산은 자극적인 냄새가 나며, 실온에서 무색의 액체로 존재하는 화학물질이다. 압축수소가스 대비 수소저장능력이 3.5배 높고, 리튬이온전지에 비해 에너지저장밀도가 높아 차세대 에너지저장 매체로도 주목받고 있다.

독일 바스프사가 에너지저장매체로 장점이 많은 포름산 연료전지 활용을 검토하고 있으며, 중국도 40W급 연료전지를 개발한 상태다. 전력연구원은 수송과 보관이 편한 포름산의 특성상 가스배관 등의 설비를 구축하기 어려운 소규모 도서지역에서도 이 설비를 전원장치로 활용 가능할 것으로 보고 있다.

최미화 전력연구원 창의미래연구소 책임연구원은 "하루 0.5톤의 포름산을 생산할 수 있는 하동화력 전환설비가 2018년 완공되면 거기에 kW급 포름산 연료전지를 적용할 계획"이라며 "향후 시간당 20만ℓ까지 (포름산을) 사용할 수 있는 설비 계획도 수립한 상태"라고 말했다.

이상복 기자 lsb@e2news.com