개요

(1) 연료전지의 특징 가. 저공해이다.

연료전지는 기본적으로 수소와 산소(공기)를 전기화학적으로 반응시켜 전력을 발생하는 발전 장치이기 때문에 화력 발전이나 디젤 발전기에서와 같이 연소과정이 없으며, 발생하는 것은 전력과 물, 그리고 열 뿐이다. 수소를 발생시키는 개질과정에서는 이산화탄소를 발생시키지만 에너지 효율이 높기 때문에 전기 출력 당 배출량은 상대적으로 적고, 내연기관에 비교해서 60∼80%에 지나지 않는다. 또한 프로세스 중에 고온 연소를 포함하지 않기 때문에 질소산화물(NOx)의 발생은 전혀 없고, 황산화물(SOx)의 배출도 거의 없다. 나. 저소음성이다.

수소와 산소의 반응이 전기화학반응이기 때문에 내연기관에서 보는 것과 같은 폭발현상이 없는 조용한 변환기이다. 만약 소음이 발생한다면 그 원인은 운전 장치(블로워, 컴프레서 등)일 것이다. 다. 발전효율이 높다.

종래의 발전 방식은 연료의 에너지로부터 전기를 얻기까지의 과정에서 열 및 운동에너지를 포함하고 있기 때문에 여러 곳에서 에너지 손실이 발생한다. 연료전지의 이상적인 효율은 80% 이상의 높은 수치를 나타내고 있으며, 운전 장치 또는 열 손실 등을 감안한 실제 효율도 30∼60% 이상이다. 디젤엔진, 가솔린엔진, 가스터빈의 경우 출력 규모가 클수록 발전효율이 높아지는 경향이 있으나 연료전지의 경우 출력 크기에 상관없이 일정한 높은 효율을 얻는 것도 큰 이점이라고 할 수 있다.

(2) 연료전지의 원리 물을 전기분해하면 수소와 산소가 발생한다. 위에서 언급한대로 연료전지는 이와는 반대로 수소와 산소로부터 전기 및 열을 발생하는 전기화학적 장치이다.

H2 ＋ 1/2O2 → H2O ＋ 전기, 열 연료전지에서는 전기와 동시에 열이 발생하게 된다. 연료전지의 기본 구성은 연료극/전해질층/공기극으로 접합되어 있는 셀(cell)이며, 다수의 셀을 적층하여 스택을 구성함으로써 원하는 전압 및 전류를 얻을 수 있다.

일반적으로 연료전지 기본 셀에서 전기를 발생시키기 위하여 연료인 수소가스를 연료극 쪽으로 공급하고 전극의 촉매층에서 수소이온(H+)과 전자 (e-)로 산화되며, 공기극 쪽으로는 산소 또는 공기가 공급되어 전해질을 통해 이동한 수소이온과 외부 도선을 통해 이동한 전자와 함께 산소가 결합하여 물을 생성시키는 환원 반응이 일어나게 된다. 여기서 전자의 외부흐름이 전류를 형성하여 전기를 발생시킨다.

(3) 연료전지의 종류연료전지는 이온의 통로인 전해질의 종류에 따라 몇 가지로 분류된다. 그 중에서도 현재 적극적으로 개발이 진행되고 있는 것은 고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell 또는 Polymer Electrolyte Fuel Cell PEMFC 또는 PEFC), 인산형 연료전지 (Phosphoric Acid Fuel Cell : PAFC), 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell : MCFC), 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell : SOFC), 알칼리 연료전지(Alkaline Fuel Cell : AFC), 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC) 등이다. 연료전지는 종류에 따라 동작온도가 크게 다르며 출력 규모나 이용 분야 등도 각각 다르다. 예를 들면 PAFC, PEMFC는 비교적 저온에서 동작하므로 저온형 연료전지로 구분되며, 분산형 열병합(코제너레이션) 전원이나 자동차용 동력원으로서 적용된다. 또한 MCFC 및 SOFC는 각각 600℃ 이상 및 800∼1,000℃의 고온에서 동작하므로 중규모 발전 플랜트로서 이용되는 경우가 많다. DMFC의 경우 휴대전화나 랩탑 컴퓨터용 전원으로서 실용화하고자 하는 경향이 나타나고 있다. 각종 연료전지의 비교 및 용도를 다음 <표 1>에 나타내었다.

국내외 시장동향연료전지는 발전기의 일종으로서 차세대의 전력원으로 각광을 받고 있다. 현재 자동차용 엔진의 대체, 열병합(코제너레이션) 시스템용, 휴대기기용 전지를 대체하기 위한 개발이 행해지고 있다. 다음은 연료전지 종류별 응용제품을 구분한 것이다.

현재 가장 주목되고 있는 PEMFC는 폭넓은 용도로 개발이 진행되고 있다. 발전용으로는 PEMFC와 함께 SOFC가 주목되고 있다. 발전 효율 이 높으며 고온 증기를 회수한다는 점에서 열병합 발전용으로 주목을 끌고 있다. 휴대기기용에서는 DMFC가 주목된다. 구성 재료는 PEMFC와 같지만 연료인 메탄올을 직접 연료전지 내에 공급하는 점이 다르다. 각 용도별 연료전지의 시장동향 및 전망은 다음과 같다.

(1) 자동차용 연료전지2002년 12월, 도요타자동차와 혼다기연공업이 세계 최초로 연료전지 자동차의 판매를 시작했다. 이것을 시작으로 2003년부터 다임러 클라이슬러, 포드, 닛산자동차 등 경쟁사들도 연료전지 자동차를 판매했거나 향후 판매할 예정이다. 모든 기업이 PEMFC를 채용하고 있으며, 고압가스 탱크 내에 저장한 수소를 연료로 사용하는 타입이다. 지금으로서는 리스 등에 의하여 공공기관이나 민간 기업에 판매하고 있다. 도요타자동차의‘FCHV’리스 가격은 30개월에 약 3억 6천만원인데 비해 동일 가솔린 차량은 수천만원 수준이다. 성능 면에서는 저온에서도 시동이 걸릴 수 있어 한랭지에서도 운행이 가능하고, 주행거리를 늘리는 것 등이 필요하다. 다른 한편으로는 연료 인프라를 정비해 가스를 충전할 수 있는 시설을 증대시켜야 한다.

(2) 가정용 열병합 연료전지 시스템 연료전지는 발전과 동시에 열을 발생하는 발전기이다. 가정에서는 이 열을 급탕기에 이용하면서 발전한 전기를 이용할 수 있다. 이 시스템에서는 도시가스, LPG, 등유 등을 연료로 사용한다. 이들 연료를 개질해서 수소를 뽑아내어 연료전지에 공급한다. 많은 가스 회사들이 이러한 연료 판매 확대를 위해 연료전지 보급에 적극적으로 참여하고 있다. 2005년에 도쿄가스는 에바라발라드, 마츠시타전기와 손잡고‘LiFuel’이라는 가정용 열병합 연료전지 시스템을 상용화하기 시작했다. 대규모 실증사업을 통해 개발경쟁을 촉진함과 동시에 양산규모를 확보하는 것이 목표이다. 가정용 열병합 연료전지 시스템의 해결 과제는 가격과 수명이다.

연료전지는 가격이 kW당 약 500만원, 수명 10년 이상을 목표로 하고 있으나, 현재는 가격이 수 천만원 이상, 수명은 수 년 밖에 안 되는 상황으로 계속적인 개발이 요구된다.

(3) 발전용/업무용 연료전지 시스템 가정용 연료전지와 유사한 업무용 연료전지 시스템의 경우 목표 출력은 수kW∼수백kW이다. 출력이 커지면 가스 엔진 등의 싼 가격의 경합기술이 존재하기 때문에 집중되는 경향도 있다. 일본 시장은 이미 많은 기업이 이 분야에 참여하고 있으며, 경쟁이 극심한 가정용 시장을 피하고 싶은 것도 큰 이유 중 하나이다. 또한 미국 등 북미 시장의 가정용 연료전지 출력은 5kW 정도이므로 이를 일본 및 아시아 시장에 적용할 경우 업무용 시장의 접근이 용이하다. 또 수백 kW급에서는 가스터빈과의 조합을 통해 발전 효율을 60% 이상으로까지 높이는 개발도 진행하고 있다.

편의점, 백화점, 은행 등의 업종이 주고객이 되며, 계통연계로부터 독립한 통신기지국의 백업 전원, 무정전 전원 공급 시스템(UPS)로서의 사용도 염두에 두고 있다.

(4) 휴대기기용 연료전지 휴대기기를 장시간동안 안심하고 쓰고 싶다는 욕망이 모바일, 노트북컴퓨터, 카메라 분야에서 끊임없이 재기되고 있다. 휴대전화에 TV 기능을 추가한 DMB(디지털 멀티미디어 방송) 폰 등에서는 기능 추가, 통합 등을 통해 사용 욕구를 만족시켜 주고 있으나, 소비전력이 증가하고 사용시간이 길어지므로 2차 전지의 용량으로는 부족한 부분이 많다. 연료전지를 사용하면 현재의 리튬 이온 전지에 비해 3배 정도의 에너지 증가가 가능하고 단시간 내에 연료 충전이 가능하다. 세계 각국에서는 2006년 이후 상용화를 목표로, 주로 DMFC의 개발을 진행하고 있다. 반면 해결해야 할 과제도 산적해 있다. 궁극적인 목표는 출력밀도의 향상이다. 연료전지 단독으로는 기기를 구동하기 곤란하기 때문에 2차 전지나 커패시터와의 하이브리드 형태의 시스템을 검토하고 있다. 그러나 비용이 증가하기 때문에 보급의 전망이 불투명하다. 출력밀도의 향상 이외에도 생성된 물의 제거, 물의 동결 방지, 부하추종성 향상, 수명 보증 등이 과제이다. 연료전지 본체 이외에서는, 연료 및 연료 카트리지의 규격화, 연료 판매망 정비, 규제 완화 등이 과제라고 할 수 있다.

(5) 시장 전망 기관마다 다소간의 차이는 있으나 연료전지 시장이 크게 성장할 것이라는 사실에는 이견이 없다. 일본 日經Electronics에 따르면 2010년 연료전지 자동차는 5만대 정도 판매될 것으로 예상되며, 2020년에는 500만대, 2030년에는 1,500만대의 황금시장을 예상하고 있다. 가정용 연료전지는 2010년 총 120만대를 보급하여 총 220만kW(중소형 발전용 포함)를 보급할 것으로 예상하고 있다.

2030년 출시되는 신제품에 연료전지가 모두 탑재될 경우 연료전지 시장 규모는 1,500억달러 정도가 될 것으로 추산된다. 시장규모는 자동차용 제3편 분야별 신재생에너지 현황 71%, 가정용 18%, 휴대용 11% 순이며, 이 전망은 2차 전지, 보일러, 엔진 등 기존 시장의 대체 수요만을 고려한 보수적인 전망이다. 이외에도 야외용 전원 등이 신규로 창출될 수 있는 시장으로 평가받고 있으며, 산업용 시장은 제외되었다. 수소 생산, 저장, 운송 및 연료전지 교체 수요 등을 포함하면 연간 1조 달러를 훨씬 상회할 것으로 예상된다. 우리 정부도 이러한 시장 전망에 걸맞는 보급 목표를 세워 적극적으로 추진책을 마련하고 있다. 보급 목표에 따르면 2012년까지 연료전지 자동차 3,200대, 가정용 1만기, 상업용 2,000기, 분산전원용 300기를 보급할 예정이다. 이러한 보급을 통해 급속한 가격인하가 예상되어 경쟁력 있는 기술과 상품으로 거듭날 것으로 내다보고 있다.

기술개발 현황 연료전지는 자동차용, 발전용(가정용, 중.대형), 휴대용 등의 응용분야가 있으며, 각 분야별로 개발 현황은 다음과 같다.

(1) 수송용 연료전지 가. 해외

포드는 1997년 12월, 다임러 클라이슬러와 발라드의 자본 제휴에 참여해 2000년 10월 고압수소형 FCV‘P2000’을 발표하였다. 이후 2002년 3월, 뉴욕 국제 모터쇼에서 발라드의 새로운 연료전지 스택을 탑재한 고압 수소형 하이브리드 FCV ‘Focus’를 발표한 바 있다. 다임러 클라이슬러는 1994년과 1996년에 각각 최초의 연료전지 차량인 NECAR I과 NECAR II를 개발, 발표하였다. 이를 계기로 자동차산업계의 연료전지 기술개발 투자는 급격한 증가를 보인다. 2000년까지 다임러 클라이슬러는 연료전지 자동차 개발에 약 10억달러를 투자하였다. 2002년 10월, 다임러 클라이슬러는 350bar 고압 수소형 연료전지 차량‘F-Cell’을 발표하며 2005년까지 약 60대를 세계시장에 내놓고 있다.

도요타자동차는 2001년에 하이브리드 연료전지 자동차인 FCHV-3, 4, 5를 차례로 발표하였다. 이 FCHV는 고출력과 조용한 주행성능을 확보하기 위해 자체 개발한 90kW 연료전지와 21kW 니켈 수소 배터리를 동력원으로 사용하는 하이브리드 동력 제어기술을 적용하였다. 2003년 1월 북미 오토쇼에서 선보인 FINE S는 연료전지 시스템이 아래층에 배치되었고, 각각의 바퀴에 4개의 모터가 독립적으로 달려있는 구조이다. 2005년 6월에는 혼다와 더불어 세계 최초 형식 승인을 인정받아 양산화의 기틀을 마련하여 가장 앞서나가고 있다. 나. 국내

한국에너지기술연구원은 1996년 정치형 5kW급 고분자 연료전지 시스템을 개발하였고, 2000년에는 한국과학기술연구원(KIST)에서 5kW급 고분자 연료전지 스택을 개발하고 이를 골프카에 탑재하고 시운전을 하였다. 현대자동차는 1998년부터 본격적인 연료전지 자동차 개발을 시작하여 2000년 11월 75kW급 스택을 탑재한 싼타페 연료전지차를 UTCFC사와 공동 개발하였다. 이후 2001년 6월 세계 최초로 350기압의 압축 수소 탱크를 탑재한 연료전지 차량을 개발하여 현재 미국 캘리포니아에서 시행 중인 연료전지 파트너십 (California Fuel Cell Partnership :　CaFCP)에서 상용화를 위한 여러 가지 시험/평가를 수행하고 있다.

2004년 12월에는‘투싼’연료전지 차량을 UTCFC와 퓨얼셀과 공동 개발하여, 2005년 12월부터 미국에서 본격적인 실증 운전에 돌입하였다. 한편 독자적인 연료전지 스택 및 시스템 기술을 확보하기 위해 정부 지원 과제를 통한 산학연 공동 개발도 병행하여 진행하고 있으며, 현재 순수 국내 기술로 개발된 25 kW 연료전지를 탑재한 하이브리드 형태도 개발하였다. 현대자동차는 산학연 공동으로 국내 기술 육성 및 해외 유수 업체와 기술제휴 등을 통해 기술적 문제를 해결하기 위한 연구 및 투자에 집중하고 있으며, 연료전지차가 본격 양산될 2010년에는 가격, 인프라, 내구성 등의 문제들이 해결될 것으로 기대하고 있다. 현대자동차는 2010년 이전까지는 연료전지 차량을 소량 생산하여 특정 고객에게 한정 판매하고 이에 대한 시험 평가를 통하여 연료전지 시스템의 문제점 파악 및 표준화 정립, 연료 인프라 구축 및 사회 여건 조성을 추진할 계획이다.

(2) 가정용/발전용 연료전지 가. 해외

에바라발라드는 에바라와 발라드 파워 시스템에서 설립한 합병회사로 일반 가정용, 소규모 발전 시스템 개발을 추진하고 있다. 2000년부터 가정용 1kW급 고체고분자 연료전지 열병합 발전 프로토타입 제조, 2001년에는 프로토타입 2형, 2003년 1월에는 가정용 1kW급 준상용기-1형의 개발을 완료하였으며, AC송전단 효율 34%(LHV), 용적 227L를 달성하고 있다. 2005년 2월에는 도쿄가스와 함께 세계 최초로 가정용 연료전지 실용화를 이루어냈다. 마츠시타 전기에서는 1991년도부터 PEMFC 개발을 시작했다. 2003년도에 AC 송전단 효율 35%(LHV)의 본체 크기가 작은 시스템 개발을 완료하고, 2005년 2월 도쿄가스와 함께 상용화하여 판매하고 있다.

신일본석유는 1999년부터 종래 축적 기술을 활용하여 석유계 연료를 사용하여 PEMFC 시스템의 실용화를 진행하고 있으며, 그 일환으로 나프타를 원료로 하는 5kW급 PEMFC 열병합 시스템을 개발하였다. 2002년 4월에는 LPG를 원료로 한 1kW급 PEFC 열병합 시스템 개발을 진행하여 필드 시험을 실시했으며, 2005년에는 LPG 연료로서는 세계 최초로 실용화에 성공, 대규모 실증 시험을 수행하고 있다. 도쿄가스는 1998년부터 가정용 PEMFC 열병합 시스템의 본격적인 개발에 착수했다. 1999년 6월에는 자사개발의 연료처리장치와 PEMFC를 조합한 도시가스를 원료로 하는 1kW급 시스템을 세계 최초로 공개하고 연료 처리 기술, 열병합 발전 운영 기술 등 독자 요소기술개발을 토대로 2005년 처음으로 에바라발라드, 마츠시타 전기와 함께 실용화에 성공했다. 오사카가스는 2006년 가정용 PEMFC 열병합 연료전지 시스템의 상품화를 목표로 개발 사업을 수행하고 있다. 특히 그동안 축적한 개질 프로세스 기술을 활용하여 개질 프로세스 및 CO 제거 촉매의 개발이나, 소형화, 고성능화, 저비용화를 목표로 PEMFC 천연가스 개질장치의 개발 연구를 수행하고, PEMFC 패키지 메이커로서 기술 이전을 실시하고 있다.

나. 국내 GS 퓨얼셀은 2003년 9월, 국내 최초로 1kW급 가정용 연료전지 시스템을 개발하였고, 이듬해인 2004년 4월, 3년간 50여 억원을 투입하여 고효율 초소형 1kW급 가정용 연료전지 열병합 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 전기효율 32%(LHV), 열 효율 44%로 종합효율이 최대 74%에 달하는 고효율 시스템이다. 이 시스템은 현재 에너지기술연구원과 공동으로 실증 시험을 실시하고 있으며, 이르면 2007년도에 시범보급에 나설 계획이다. 퓨얼셀파워 및 대구도시가스 등도 1∼2kW급 연료전지를 개발하여 실증 시험 중에 있다.

발전용 연료전지의 선두 주자인 포스코는 2005년 4월, 미국의 퓨얼 셀 에너지(Fuel Cell Energy)와 공동으로 250kW급 연료전지 발전시스템을 포항공대에 설치하여 운전 중에 있으며, 조선대 병원 및 서울 탄천 하수처리장에도 동일한 시스템을 설치하여 시험 운전을 하고 있다. 포스코는 향후 포스콘, 포철산기, 포항산업과학연 구원, 남동발전 등과 공동으로 기술 개발을 더욱 진행시켜 발전용 연료전지의 보급에 더욱 주력할 예정이다.

(3) 휴대용 연료전지 가. 해외

미국 모토로라(Motorola)에서는 DMFC형 휴대폰 충전기와 PDA용 DMFC 전원을 개발하였으며, Los Alamos 국립연구소와 공동으로 잉크카트리지형 연료를 이용한 DMFC 휴대폰 충전기와 PDA를 구동시키는 셀을 제작하였다. 이는 기존의 연료전지와 재질이 다르며, 2차 전지에 비해 6∼7배의 운전 시간을 보였다. 메디스 테크놀로지(Medis Technologies)는 제너럴 다이나믹스(General Dynamics)와 함께 직접 에탄올 연료전지를 이용한 군수용 휴대형 전지의 충전기를 개발하였다. 해리스&MTI 마이크로 퓨엘셀(Harris Corporation & MTI Micro Fuel-Cells)에서는 Harris Falcon Ⅱ 소형 무전기용 마이크로 연료전지 시스템의 시제품을 개발하였다. 이는 기존의 배터리보다 10배 이상으로 에너지 밀도를 향상시켜 휴대와 운반이 용이하다는 특징을 가지고 있다.

볼 에어로스페이스(Ball Aerospace)는 미 국방부의 여러 기관들을 지원하고 있으며, 휴대용 연료전지의 상업화를 선도하고 있다. 튼튼하고 부피가 작은 50W, 100W 고분자 연료전지 시스템을 개발하였으며, 이는 발열량이 적고 조용한 특징을 가지고 있어 주로 미군의 야전에서 사용되었다. 또한, 화학 수소화물을 연료로 하는 작고 가벼운 30W 고분자 연료전지 시스템도 개발하였으며, DARPA Palm Power 프로그램에 의해 지원을 받아 20W DMFC도 개발 중에 있다. 유럽 CEA사는 2000년부터 소형 연료전지 프로그램(MiniPAC CEA)을 진행하고 있으며, 마이크로 전자 공정을 이용하여 고분자 연료전지를 개발하고 있고 몇 개의 특허가 출원되었다. 현재 CEA는 휴대 기기용 소형 수소 마이크로 연료전지를 개발하는 280만유로 규모의 유럽연합 프로그램을 주도하고 있다.

독일의 프라운호퍼 연구소는 랩탑 및 캠코더용 고분자 전해질 막 연료전지 전원을 개발하였다. 이것은 기기 내에 20∼30리터의 수소를 주입하여, 30W 정도의 소비전력을 갖는 PC를 1∼2시간 연속으로 작동시킬 수 있는 제품이다. 스마트 퓨엘셀(Smart Fuel-Cell)은 카메라, 랩탑, PDA등과 같은 휴대기기용 DMFC 전원을 개발하였으며, 최근 개발한 노트북용 직접메탄올 연료전지는 Cell 카트리지 크기가 카세트 테이프와 비슷하고 150ml의 연료 저장이 가능하여 8∼10시간 정도 노트북에 전원을 공급할 수 있다.

일본에서는 NEC가 과학기술진흥사업단 및 산업창조연구소와 함께 카본 나노 튜브를 전극으로 이용한 휴대기기용 소형 연료전지를 개발하였다. 이 소형연료전지는 고체고분자형으로 기존에 전극으로 활성탄을 이용했던 연료전지에 비해 출력이 약 20% 정도 향상된 것이다. 이는 카본 나노 튜브의 일종인 카본 나노 혼의 표면에 백금계 촉매를 담지시켜 전극재료로 이용하는데 카본 나노 혼 표면에 입자가 매우 가늘게 분산되어 있어 고가의 백금 촉매의 사용량을 대폭 절감할 수도 있으므로 자원절약, 저비용화에도 중요한 기술이다. 카시오(Casio)는 독자적인 방식으로 휴대기기에 이용 가능한 소형 고성능 연료전지의 연구개발에 성공하였다. 또한, 실리콘웨이퍼 기술을 이용하여 25×17×26mm 크기의 마이크로 리액터(Micro Reactor)형 연료전지를 탑재한 노트북을 개발하였다. 이 연료전지는 리튬이온 전지 중량의 절반 수준으로 동작 시간은 기존 전지의 4배인 20시간 정도이다. 또한 기존의 직접메탄올 연료전지와는 달리 메탄올 개질기를 사용하여 연료로 사용되는 메탄올 카트리지만 교체하면 계속하여 전원 공급이 가능하고, 수소 사용으로 인해 직접메탄올 연료전지보다 전체 연료전지시스템의 출력 밀도를 높일 수 있다.

도시바(Toshiba)사는 PDA용 DMFC 전원과 랩탑용 연료전지 전원 개발을 진행하고 있다. 최대 출력이 8W이며 메탄올 10ml로 최장 40시간까지 동작이 가능하여 리튬전지에 비해 사용시간을 5배까지 증가시킬 수 있는 노트북용 연료전지를 개발하고 있다. 또한 두께 25mm, 무게 500g인 시제품을 두께 5mm, 무게 100g 이하로 줄여 시판하고 있다. 나. 국내

국내에서는 연료전지가 차세대 전지로 부각되고 있으나 이를 상용화하기 위해서는 상당 기간이 필요하고, 막대한 자금이 필요하기 때문에 현재 대기업을 중심으로 한 연구개발이 이루어지고 있으며, 최근 들어서 중소기업과 벤처 기업들이 가세하는 양상을 이루고 있다. LG화학은 최근 국책과제인 휴대형 연료전지 개발 프로젝트를 진행하고 있으며, 특히 연료전지의 핵심부분인 MEA(Membrane Electrode Assembly)의 성능 향상 및 가격 절감을 위한 연구개발에 중점을 두고 있다. LG화학은 늦어도 2008년 초까지 노트북용 연료전지를 상용화할 계획을 가지고 있으며, 전극층의 열화를 방지할 수 있는 기술 등을 통해 시스템 운영의 불안정성을 해소했다. 이 연료전지는 수명이 4,000여 시간 이상으로 일본, 미국 등 경쟁사들의 제품보다 8배 이상 길어졌다고 알려지고 있다.

삼성SDI는 2005년 휴대용 부탄 캔으로 전기에너지를 발생시키는 연료전지와 노트북용 연료전지를 각각 개발하여 발표하였다. 부탄 연료전지는 일반 휴대용 가스레인지에 사용되는 220g의 소형 부탄 캔을 연료로 사용해 100W의 평균 출력으로 5시간 이상 사용할 수 있으며, 노트북용 연료전지는 세계 최고 수준의 에너지 밀도를 가지고 있어, 메탄올 200cc로 15시간을 구동시킬 수 있다고 발표하였다. GS퓨얼셀은 GS칼텍스와 독일 프라운호퍼 연구소와 공동으로 2년여간의 개발기간을 거쳐 노트북용 고분자 전해질 막 연료전지 시스템을 개발하여 시제품을 출시한 바 있다. 한국에너지기술연구원에서 2001년 2월 최대 800MW의 출력을 가지고, 1회 연료 주입 시 200mA의 전류가 흐르는 조건에서 100분이상 동작 가능하며, 전체 부피가 15.6cc[5.2×7.5×0.4cm3]인 연료전지를 휴대용 전화에 적용하는 실험을 수행하였다.

KIST에서는 5W급 소형 직접메탄올 연료전지를 개발중이며, 박막 전극에 관한 연구를 수행중이다. 2006년 1월에는 개미산을 이용한 노트북용 연료전지를 발표한 바 있으며 실용화사업으로 휴모노이드 로봇 및 위험 작업 필드 로봇의 구동에 필요한 연료전지 전원시스템 프로토타입을 제작, 운영함으로써, 로봇전원으로서 연료전지의 사용 가능성을 증명하고 로봇구동용 연료전지 전원시스템이 갖추어야 할 제원개발 연구를 수행하고 있다.

보급현황 선진국과의 기술격차가 적고 시장잠재력이 큰 연료전지 분야를 중점 추진하기 위해 정부에서는 선택과 집중을 통해 개발효과를 극대화할 계획을 갖고 있다. 이러한 목표를 달성하기 위해 각 분야를 통합하여 그랜드 컨소시엄을 구성함으로써, 기술개발뿐만 아니라 성능평가, 실증연구까지를 총괄하는 ‘프로젝트형 연구개발사업’ 사업단을 2004년 1월 발족시켰다.

이러한 계획하에 연료전지의 경우에는 세계 3위의 연료전지 기술보유국으로 진입하고, 세계일류의 상품을 개발하기 위해 2012년까지 가정용 연료전지시스템(RPG) 10,000기, 건물용 연료전지시스템 2,000기, 전력사업용 연료전지시스템 시제품 300기, 수송용 연료전지(PEMFC) 자동차 3,200대를 보급목표로 설정하였다. 또한 정부에서는 연료전지의 생산 및 이용을 촉진하기 위해 여러 가지 지원책을 강구할 계획이다.

향후 추진계획 분산전원, 소형열병합 및 자동차등 연료전지 기술이 실용화 가시권에 접어들고 있으며, 2012년이면 분야에 따라서 어느정도 경제성이 확보되기 시작할 것으로 예측된다. 연료전지는 다른 분야보다 국가의 정책적 지원이 절실히 요구되고 있으며 장차 그 파급효과가 막대할 것이다. 장기적안목을 갖고 인내심을 발휘하여 지속적 지원이 이루어질 때 확고한 미래 에너지 기술로 부각될 것이 분명하다. 석유시대를 마감할 수소경제로의 전환은 선택과 가능성의 문제가 아니라 에너지 패러다임의 대변환을 위한 유일한 대안으로 인식되어야 할 것이다.

<Energy News>