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연료전지로
신재생에너지 저장한다

문재인 정부는 2017년 기준 전력 비중에서 7.6%에 불과한 신재생에너지 발전 비중을
2030년, 20%까지 확대하는 ‘재생에너지 3020’ 계획을 추진 중이다.
이와 관련해 태양광이나 풍력 등 신재생에너지 기술에 대한 관심이 자연스럽게 커지고 있다.
그렇다면 신재생에너지의 효율성을 높이기 위해서는 어떤 방법이 필요할까.

글 동아사이언스 김민수 기자

신재생에너지 저장장치의
해법 모색

깨끗하고 맑은 자연에 대한 갈망과 함께 신재생에너지 기술이 과연 막대한 전력 비중을 감당할 만큼 성숙해 있는지, 국내 환경에 신재생에너지를 접목하는 게 타당한지에 대한 논란이 계속해서 제기되고 있다. 신재생에너지 비중을 늘리려는 정부 계획이 과연 현실적이냐는 지적이다.

전문가들은 한국 지형 특성상 태양광이나 풍력에너지가 적합하지 않다는 주장을 내놓고 있다. 태양광의 경우 1년 365일간 가동하는 데 한계가 있고 풍력은 풍량이 많을 때만 전기에너지를 생산할 수 있다. 신재생에너지 발전부지 인근 주민들의 반대로 인한 사회적 갈등도 해결해야 할 문제다. 일부 전문가들은 기술에 투자하면 발전효율을 높이거나 사회적 비용을 낮출 수 있다는 견해를 내놓기도 한다. 문제는 신재생에너지원이 전기에너지를 생산할 수 있는 때가 제한적이라는 점이다. 태양광은 낮 동안에만 발전할 수 있고 풍력은 풍량이 많아야 전기에너지를 생산한다. 태양광 발전에 유리한 조건을 갖춘 미국 캘리포니아주의 경우 통상적으로 낮 동안 태양광 발전으로 생산하는 전력이 남아돈다.

과학기술자들은 이처럼 들쑥날쑥인 신재생에너지를 저장했다가 필요할 때 꺼내 쓰는 저장기술을 개발하고 있다. 최근에는 수소연료전지에서 신재생에너지 저장장치의 해법을 모색하고 있다. 전력회사들은 대용량 2차전지를 설치해 초과 생산되는 신재생에너지를 저장하려는 시도를 하고 있다. 그러나 기존 리튬이온 2차 전지를 대규모로 설치해 남는 신재생에너지를 저장하는 데는 한계가 있고 비용 부담도 만만치 않다.

수소연료전지,
신재생에너지원으로 생산

이런 관점에서 수소연료전지는 하나의 대안으로 떠오르고 있다. 남는 전기에너지를 이용해 물을 전기분해하고 전기분해된 물에서 나오는 수소를 연료로 활용해 연료전지를 가동하는 방식이다. 이를 전기차나 가정용 전력 그리드에 공급하는 원리다. 지금까지 상용화된 전기분해 기술과 연료전지는 반응 속도를 높이기 위해 각자 다른 장치에서 각기 다른 촉매를 사용했다. 비용이 많이 들 수밖에 없는 구조다. 과학자들은 이런 문제를 해결하기 위해 양성자전도연료전지^PCFC 의 가능성을 연구 중이다.

PCFC는 한 시스템 내에서 수소연료를 만들고 이 수소를 전기에너지로 변환할 수 있다. 또 따로 하던 작업을 한 시스템 내에서 하면서 효율을 높이고 비용을 절감할 수 있지만, 처음에 투입한 전기에너지로 수소를 만들어내는 효율이 70% 이하에 그친다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 한국과학기술 연구원 KIST 에너지소재연구단 책임연구원이 PCFC의 성능을 극대화하고 상용화할 수 있으며 대면적 전지를 제조할 수 있는 공정기술을 개발했다. 전력사업자들도 기존 연료전지를 이용한 발전소를 속속 준공하고 있다. 대표적인 게 한국남부발전의 연료전지 발전소다. 한국남부발전은 지난해 8월 말 신인천발전본부 내 연료 전지 발전설비 1단계 구축사업을 성공적으로 완료하고 준공식을 개최했다.

한국남부발전은 현재 추진 중인 신인천 연료전지 2단계 건설 등을 통해 정부의 ‘재생에너지 3020’ 계획을 선도적으로 충실히 이행할 수 있을 것으로 보인다. 이 같은 연료전지 발전소에 필요한 수소를 남는 신재생에너지원으로 생산해 공급한다면 신재생에너지의 약점을 보완하는 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다

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신재생에너지 저장장치의 해법 모색

수소연료전지, 신재생에너지원으로 생산

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신재생에너지원으로 생산