<당진 산단을 첨단융합단지로 만듭시다>
수소를 연료로 사용하는 발전장치를 연료전지라고 한다. 즉 물을 전기분해하면 산소와 수소가 발생한다. 이를 역으로 한다면 수소를 투입하여 공기중에 산소와 결합하여 화학적 반응에 의해서 전기를 생산하게 된다. 이런 연료전지는 물에서 물로 되돌아오는 자연 순환형 청정에너지가 되는 것이다, 만일 값싸게 수소를 생산할 수 있는 기술만 개발할 수 있다면 우리는 수소경제 강국이 되어 에너지자원을 수출하는 국가가 될 수 있다.
수소는 지구상 가장 많이 존재하는 원소이다. 그렇지만 독립적으로 존재하지 않아 결국에는 물이나 화석연료, 바이오매스 등에서 추출해 내야 하는 것이다.
현재 수소를 얻기 위해서는 태양광, 풍력 등과 같은 재생에너지원을 사용하여 물 전기분해로 생산하는 방법이 가장 이상적이라고 할 수 있다. 그렇지만 아직은 많은 비용이 들기 때문에 화석연료(LPG 등)로부터 수소를 생산하는 방법이 널리 이용되고 있다. 그렇지만 화석연료의 개질에 의해 수소가 생산되려면 1kg 수소를 생산하는 과정에서 7 kg이상의 이산화탄소를 배출하게 된다. 그리고 수소 생산에 1차 에너지가 추가적으로 요구되기 때문에 청정에너지로서 자기 역할을 할 수 없을 뿐만 아니라 비용도 2배나 부담해야 된다. 그래서 수소연료전지가 널리 확산되고 있지 못하다.
연료전지는 가정용, 건물용, 발전용, 휴대용, 수송용( 자동차, 선박, 비행가 등) 등 각 분야별로 널리 사용되고 있다. 일반적으로 발전소를 건설하는데 부지확보가 가장 큰 문제인데 연료전지는 컨테이너 한, 두개 규모에서 수백KW에서 수백MW 전력생산이 가능하다.
때문에 우리나라와 같이 인구밀도가 높고 토지가 협소한 지역에서의 전력생산은 안성맞춤이다. 더욱이 지역이나 건물에 따라서 맞춤식으로 전력생산이 가능하기 때문에 송전선로나 송전탑이 필요 없는 이상적인 분산형 전력생산체제이라고 할 수 있다.
우리나라는 대규모의 화력발전이나 원자력 발전 단지를 조성하여 전력생산체제를 구축하고 이를 수도권에 송전하는 재래식 전력생산체제를 고집하고 있다. 이는 값싼 전력생산을 위해서 그렇다고 하지만 온실가스 배출이나 환경오염, 송전설비 등을 감안한다면 오히려 더 큰 부담이 되고 있다. 그런데도 불구하고 이를 고집하고 있는 정부의 무능함을 우리는 지켜보고 있는 것이다.
21세기 지구환경시대를 맞이하여 온실가스 배출량을 감축시켜 나가야 하고 환경오염물질 배출을 최소화 시켜 나가야 한다. 이를 위해서는 화석연료에 의한 대량 전력생산체제를 최소화 시켜 나가고 수소연료전지에 의한 분산형 전력생산체제를 구축해 나가야 하는 것이다.
정전 사태나 전력 피크타임을 완화하는데도 연료전지가 최적임
2013년 11월, 우리나라에서는 전기료에 대한 새로운 요금제가 도입되었다. 즉 1~2월 중 전력 수요가 몰리는 10일 내외의 피크일 피크타임 요금을 564.4원/kw로 크게 올렸다. 대신 비 피크 일에는 요금이 43.9원으로 기존보다도 63.1원이나 내렸다. 이와 같은 전기요금제는 같은 전기를 사용하더라도 시간대에 따라 전기 요금이 12.9배 차이가 나는 것이다. 여름에는 피크타임 전기 요금과 비(非)피크타임 요금 차이가 최대 15.6배까지 차이가 난다. 이는 기업체에서는 자가발전을 통하여 전기요금을 절감할 수 있고 국가 전체에서는 피크 타임 전기수요를 최소화시켜 나갈 수 있어 불가피하게 도입된 제도이다. 정부는 이런 방식으로 전기료 제도를 전환시키면 원전 1기 발전량(약 100만㎾)에 해당되는 전력 수요를 줄일 수 있다고 한다.
2011년, 일본은 후쿠시마 원전사고로 50기나 되는 원자력발전이 일시적으로 중단되는 사태가 발생하였다. 결국 계획적으로 지역별 순환정전을 실시할 수밖에 없었는데 이런 정전사태를 해결해 나갈 수 있는 방안으로 수소연료전지사용이 널리 확대되었다.
일본에서 이를 계기로 가정용 전기사용을 수소연료전지로 전환하는 에너팜 사업이 2015년 현재까지 12만 5000대 이상이나 확대되었다고 한다. 연료전지를 설치하는데 사고 당시 가격이 설치공사비 포함 300만 엔이었으나 최근에는 절반가격인 150만엔 수준으로 떨어졌다. 이에 따라서 LPG 등을 이용한 연료전지 시스템을 사용할 경우가 기존 화력발전 등을 이용할 때와 비교해 에너지 사용량이 20% 줄어든다고 한다.
4인 가족기준으로 연간 7만6000엔의 광열비를 절약할 수 있다고 한다. 일본 정부는 2030년에는 530만 대의 연료전지를 보급하여 수소경제의 대국으로서 체제를 갖춰 나간다는 것이다.
2012년, 미국에서 슈퍼 허리케인 ‘샌디’가 발생하였다. 때문에 북동부에는 대규모 블랙아웃이 발생되어 교통, 물류를 비롯한 사회 전반이 마비되면서 치안까지 위협받는 대혼란이 유발된다. 의료, 금융 서비스의 중단사태도 물론 일어나게 되었으나 이 때 대부분 연료전지 백업 전원을 사용하여 금융서비스가 정상적으로 가동될 수 있도록 복원시켜 주었다고 한다.
블랙아웃이 발생하게 되면 이를 복구하는데 최소 3일, 길게는 10일 이상이 소요된다. 그 동안 정전사태에 오는 각종 재해사태를 최소화 시킬 수 있는 방안은 수소연료전지를 사용하는 일이라는 것이다.
이와 같이 수소연료전지는 정전사태, 피크 타임의 전력수요 등 유사시에 조정역할을 담당할 수 있어 인류에게 귀중한 선물인 것이다. 블랙아웃이라는 큰 재앙으로부터 인류를 보호해 줄 수 있으며 온실가스 배출과 환경오염문제도 해결해줄 수 있는 대안이 되는 것이다. 그래서 우린 21세기 새로운 수소경제시대가 필연적으로 개막될 수밖에 없음을 쉽게 예상할 수 있는 것이다.
태양광과 풍력의 발전효율이 25~30%인데 반해 연료전지는 전기와 열을 합쳐 70% 이상으로 고효율 발전이 가능하다. 또한 단위 전력 생산당 설치면적이 매우 적어 입지조건의 구애를 거의 받지 않는다는 장점을 갖고 있다.
미국 에너지부 보고서에 의하면, 수송용 연료전지 시스템 비용은 2006년에 kW당 124달러에서 2013년 현재 kW당 55달러로 줄어 7년 만에 절반 이하로 급감했다. 2020년까지 목표는 kW당 40달러이며, 최종적으로는 kW당 30달러로 비용을 줄이는 것을 목표로 널리 확대시켜 나가겠다는 계획이다,
유럽은 자동차의 이산화탄소 배출 규제를 매년 5%씩 낮춰 2050년에는 1km 주행당 10g 수준을 목표로 하고 있다. 이렇게 되면 현재 1km 주행당 90g 이상의 CO2가 나오던 것이 95% 절감시켜 결국에는 화석연료 내연기관은 사용하지 못하게 되는 것이다. 따라서 국제에너지기구(IEA)의 450 시나리오에 의하면 2015년에 연료 전지차 시장이 창출되어 2050년까지 전체 차량시장의 30%까지 확대할 것으로 전망하였다. 결국 수소경제시대는 곧 개막되고 있음을 알 수 있다.
화석연료 내연기관이 수소 연료전지차로 교체되는 대변혁이 서서히 다가오고 있는 것이다. 미래를 지배할 수 있는 힘은 결국 철저하게 준비하는 자들의 몫이다. 당진시도 서해안 제1의 항만산업도시라는 미래를 지배하기 위해서 철저하게 준비하여 나가는데 최선을 다해야 할 것이다.
세계 최고수준의 기술력을 자랑하는 우리나라의 연료전지업체들
2013년, 현대자동차가 세계 최초로 수소연료전지 자동차인 투싼ix의 양산체제 구축에 성공했다. 이는 현대제철에 합병된 현대하이스코가 2012년 백업전원용 연료전지를 개발해 실증까지 마쳐 연료전지 자동차(투싼ix), 가정용연료전지에 사용할 수 있게 되었기 때문이다.
2014년, 현대차는 울산공장 내 수소 연료 전지차 전용 생산라인을 구축하였다, 그리고 이를 뒷받침하기 위한 수소 스테이션은 2013년 10월 대구에 이엠코리아가 알칼리수 전해방식으로 건설하였다.
포스코 에너지는 2007년 전 세계에서 용융탄산염 연료전지MCFC의 최고 기술을 보유한 미국 퓨얼셀에너지에 투자를 통하여 관련기술의 국산화에 나섰다. 2013년 12월 세계 최대 규모의 58.8MW 연료전지 발전단지를 경기 화성에 건설하였다, 그리고 이를 뒷받침할 연료전지의 주변 부품, 스택을 제조하는 시설을 포항에 준공했다. 이로써 설계, 생산, 설치, 유지관리에 이르는 연료전지 발전과 관련된 전 공정의 국산화를 이룩하는 셈이다.
한편 두산은 미국 발전용, 건물용 인산형 연료전지PAFC 분야 전문기업인 클리어엣지파워와 국내 가정용·중소 건물용 고분자전해질 연료전지PEMFC 분야의 강소기업인 퓨얼셀파워를 인수·합병했다.
이로써 (주)두산 퓨얼셀은 가정용, 건물용부터 발전용까지 연료전지의 다양한 포트폴리오를 갖추고 있는 셈이다. 2019년까지 매출 1조 원 이상을 올리며 정치형 연료전지 시장에서 세계 1위를 달성할 것을 목표로 하고 있다.
또한 LG는 영국 롤스로이스 자회사인 롤스로이스퓨얼셀시스템즈을 인수한 뒤 LG퓨얼셀시스템즈로 사명을 바꾸었다. LG퓨얼셀시스템즈가 확보한 기술은 고체산화물 연료전지SOFC 기술이며 미국에서 모듈화된 1MW급 SOFC 시스템에 대한 실증이 완료한 상태이다.
이와 같은 연료전지 업체들이 건설한 주요 발전소 설치 사업 실적은 58.8MW 경기그린에너지, 300KW 가스공사 삼척기지,11.2MW 대구 TCS, 19.6MW 고덕차량기지 등이다, 그리고 2017년 초까지 30.8MW에 이르는 세계 최고 규모의 부산연료전지발전소용 연료전지 완공을 목표로 하고 있다. 또한 ‘그린홈 100만호 보급사업’의 일환으로 연료전지를 도입한 가구가 1,700여 가구에 달하고 있다.
우리나라에서 연료전지 시장은 RPS, 공공건물 신재생에너지설치 의무화제도 등의 제도가 뒷받침되기 때문에 지속적으로 확대되어 나가고 있다. 이런 제도를 통해 연료전지의 보급이 확대되는 동시에 효율이 향상되면 가격이 크게 떨어져 일반인들에게도 손쉽게 수소연료전지를 설치하게 되는 날이 머지않아 이뤄질 것이다.
환경전문기자 김종서