선진국, 상업화 목표 프로젝트 본격추진
국내 기술수준 선진국 대비 5∼7년 뒤져


　수소와 공기중의 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전형 연료전지는 기존의 전지와는 달리 연료를 주입하면 연속 사용이 가능하다는 장점을 갖고 있다.
연료전지는 발전효율이 50% 정도로 내연기관에 비해 높고 유해가스(NOx, SOx 등)배출은 1%이하로 낮아 미래의 환경 및 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있는 대안으로 평가되고 있다.
용도에 따라서는 크게 기존의 발전소를 대체하는 개념의 발전용, 자동차 등에 쓰이는 수송용, 집에서 사용하는 열병합 발전소 개념의 가정용, 노트북 및 이동통신에 쓰이는 휴대용으로 나누어진다.
발전용 연료전지는 나아가 원자력 발전까지 대체할 것으로 보고 있으며 아파트 단지, 공장 등에서 독자적인 분산 발전도 가능해 매년 여름마다 반복되는 전력 부족에 숨통을 틔울 수 있을 것으로 기대된다. 발전용 연료전지는 현재 가장 상용화에 근접해 있는 분야이다.
가정용 연료전지의 경우, 집에서 쓰는 열병합발전소의 개념으로 보일러, 전기, 열을 동시에 생산하는 획기적인 제품이다.
도시가스 배관을 통해 공급된 천연가스를 이용해 수소가스를 만들며, 이를 공기중의 산소와 반응시킴으로써 전기를 발생시키게 된다.
연료전지를 통한 전기생산은 화력과 원자력 등 기존의 발전소를 통한 전기 생산과 비교했을 때 송전 및 배전 시설비용을 절감하면서도 전력수급의 안정을 도모할 수 있어 전력부족 문제의 해결 및 에너지 안보에도 기여하는 측면이 크다.
특히 현재 연료전지는 태양광, 풍력 발전시설과 함께 정부가 선정한 3대 핵심 대체에너지 개발사업 품목으로 연료전지를 발전시스템에 도입할 경우 천연가스의 수요를 30% 정도 절감하게 돼 국가적으로 천연가스의 소비를 줄이는 효과가 있다.
또 석탄발전소를 가스발전소로 교체할 경우 35%의 이산화탄소 배출을 막을 수 있는 환경친화성도 갖추고 있다는 것도 연료전지의 장점이다.
전문가들은 연료전지의 이러한 경제성과 환경친화성 때문에 2010년경이면 세계 연료전지시장은 900억 달러 규모에 달할 것으로 전망하고 있다.

▲ 주요국가들의 연료전지 정책
연료전지는 그 기술력에 따라 무궁한 활용가치가 있기 때문에 미래의 핵심에너지원으로 꼽힌다.
메탄올, 에탄올, 천연가스 등 대체 에너지를 이용^발전할 수 있기 때문에 차세대 동력원으로 주목을 받고 있다. 차세대 성장동력으로 연료전지(Fuel Cell)가 부상하고 있는 것은 에너지 위기가 본격화되고 있는 시점과 맞물려 있다.
에너지 소비량은 매년 급증하는 반면, 재생에너지 자원은 한계를 보이고 있는데 따른 것이다. 지구온난화방지를 위한 세계기후협약(온실가스감축압력)도 연료전지 개발 경쟁에 불을 댕기고 있다.
주요 선진국들은 에너지 자립 및 환경 친화적인 경제활동을 위해 에너지의 주체를 수소연료전지로 옮기는데 연구 개발력을 모으고 있다. 정부 주도로 수소·연료전지 기술개발 프로그램에 대규모의 투자와 함께 공급목표 설정에 따른 보급촉진 정책을 추진하고 있는 것이다.
기후변화협약에 소극적인 미국은 60년대부터 우주 및 군사용으로 연료전지 연구를 시작, 90년부터 관련법을 제정해왔다.
지난해에는 에너지부 주도아래 ‘Hydrogen Fuel Initiative; 수소의 생산 및 운송 인프라 개발 프로젝트’와 ‘FreedomCAR; 연료전지 자동차 프로그램’프로젝트에 17억 달러를 투자할 계획을 세웠다. 이를 통해 미국은 수년 내에 주택용 연료전지를 공급하고, 2010년을 전후해 자동차용 연료전지도 상용화하겠다는 구상이다.
지난 81년부터 정부의 에너지절약 기술개발 계획(Moonlight Project)의 일환으로 대체에너지 개발에 박차를 가해 온 일본은 이미 수소생산 및 발전을 위한 고온가스 냉각로(HTTR) 건설을 완료하고 운전에 들어갔다.
또 최근에는 주택용 연료전지에 대한 테스트를 전국 43개소로 확대하고 자동차용 연료 스테이션도 수도권 5개소에 운영하는 등 수소에너지의 실증실험에 주력하고 있다.
이는 지난 93년부터 2020년까지 24억달러를 수소에너지 개발에 투자키로 한 장기 전략에 따른 것으로 일본은 지난 2002년 한해에만 이 분야에 무려 220억원을 쏟아 부었다.
일본 정부는 앞으로 3년 이내에 자동차 및 가정용 연료전지를 실용화할 수 있을 것으로 판단하고 2010년부터는 본격적인 수소시장 상업화에 나선다는 야심찬 계획을 추진 중이다.
EU는 지난 99년부터 2002년까지 수소·연료전지에 1억5,000만 달러를 투자했는데 각국이 연합해 기술개발을 추진하고 있다.
유럽연합은 향후 5년간 20억 유로를 투입하는 ‘재생에너지 및 수소에너지 개발 프로젝트’를 추진 중이다.
아이슬란드의 경우 지열 등 풍부한 재생에너지원을 이용해 대량의 수소를 생산·수출하고, 오는 2015년까지 석유소비를 모두 수소로 대체하는 ‘수소 경제대국’을 꿈꾸고 있다. 아이슬란드는 이미 지난해 상업용 수소충전소를 처음 선보였으며, 수소자동차까지 공급하고 있다.
현재 뮌헨공항 구내에서 수소자동차를 가동하고 있는 독일도 97년부터 ‘독일 수소프로젝트’를 추진 중이며, 수소를 생산·저장·수송하기 위한 기술과 기간시설 개발에 매진하고 있다.
우리나라도 올해부터 오는 2016년까지 약 3조원의 예산을 투입해 수소 생산에 필요한 신형 원자로를 개발하는 등 수소에너지시대에 본격 대비하겠다는 장기 프로젝트를 마련했다.
우리나라가 구상하는 수소에너지 생산방법은 원자력기술을 이용하는 것으로 2020년에는 수송분야 에너지 소요량의 약 20%인 330만톤(원유 8500만배럴 상당)을 수소에너지로 대체할 수 있도록 상용화에 필요한 기술개발을 목표로 하고 있다.
이처럼 세계 각국이 수소에너지 개발에 사활을 걸고 있는 것은 향후 10∼20년 내에 석유생산량이 절정에 달해 심각한 에너지 위기가 도래할 것이란 과학적 근거에 따른 것이다.
물론 풍력·지열·조력·핵융합 등 다양한 대체에너지가 개발되고 있지만, 이들 재생에너지는 지역적으로 불균등하고, 전력은 저장하거나 운반할 수 없다는 한계를 안고 있다.
이에 반해 물을 전기 분해하거나 천연가스를 증기분해 해서 얻을 수 있는 수소는 우선 생산이나 저장이 가능하다.
또 원자력이나 화력발전과 달리, 환경오염의 부담이 없고 차세대 고밀도 에너지로서의 효용가치가 매우 높다. 일례로 수소연료전지의 에너지 밀도는 리튬이온 2차 전지보다 10배 이상 높다는 게 전문가들의 의견이다.

▲ 국내 연료전지 연구진
전문가들은 국내 연료전지 연구 수준은 미국, 일본 등 선진국과 5∼7년의 차이가 있다고 보고 있다. 연료전지는 대체 에너지 분야 중 가장 많은 연구비가 투입되고 있으나 한국의 투자액수는 턱없이 부족한 것이 현실이라는 게 중론이다.
국내 연료전지 전문가로는 주택용 5kW급 고분자 연료전지 시스템 실용화 개발에 성공한 한국에너지기술연구원의 김창수 연료전지연구센터 센터장과 전력연구원(KEPRI)과 중대형 발전용 250 kW 급 MCFC 시스템을 공동 개발한 한국과학기술연구원(KIST) 연료전지 연구센터 임태훈 센터장이 첫 손에 꼽힌다.
전력연구원의 임희철 박사와 포항풍력에너지연구소의 전중환 센터장은 발전용 연료전지의 전문가로, KIST의 오인환 박사와 울산대 김준범 교수는 수송용 연료전지의 전문가로 꼽힌다.
산업계에서는 현대자동차 임태원 팀장, 연료전지 전문 벤처 세티의 황정태 사장, LG화학의 문고영 박사, SKC의 이종욱 박사, 삼성 종기원의 장혁 박사 등이 자동차 및 휴대용 연료전지를 연구하고 있다.

〈조남준 기자>