UNIST, 고효율·저비용 ‘천연가스 연료전지’ 기술 개발

수소를 공기 중 산소와 화학반응 시켜 전기를 생성하는 미래 동력원인 연료전지 기술이 한 단계 더 발전했다. 수소 대신 탄화수소를 바로 써도 장기간 성능이 유지되는 전극 물질을 개발한 덕분이다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부의 김건태 교수팀은 숙명여대 신지영 교수 등과 공동으로 새로운 형태의 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)용 연료극 소재를 개발했다고 28일 밝혔다.

SOFC는 수소(연료)를 공기 중 산소와 반응시켜 전기를 생산하는 장치다. 반응 후에는 물만 배출해 친환경적이며, 다른 신재생에너지에 비해 발전단가가 저렴하다. 배출 열까지 활용하면 발전 효율은 90% 이상으로 높아 차세대 에너지 생산기술로 주목받고 있다. 그러나 연료로 쓰일 수소 확보와 오랫동안 안정적으로 쓸 수 있는 전극 소재 개발이 이뤄지지 않아 상용화가 더뎠다.

김건태 교수팀은 SOFC의 연료로 천연가스나 액화석유가스(LPG) 같은 탄화수소를 직접 쓰는 연료극 물질(촉매)을 개발해 수소 확보 문제를 해결했다. 이 촉매를 적용한 SOFC는 탄화수소를 수소로 전환하는 과정 없이 연료전지를 작동시킬 수 있다. 또 SOFC에 탄화수소를 직접 쓰면서 생기는 성능 저하를 막을 방법도 찾았다.

김건태 교수는 “기존 연료극 소재는 초기에 우수한 성능을 보이더라도 장기적으로는 불안정했고, 제조 공정도 복잡하며, 탄화수소를 직접 연료로 사용했을 때 안정적인 작동이 불가능했다”며 “새로운 연료극 소재는 SOFC 상용화를 선도하는 기술이 될 것”이라고 기대했다.

연료전지 세계 시장 규모는 1조8,000억원으로 연평균 85% 성장세를 보인다. 미국 에너지부(United States Department of Energy, DOE)도 2020년경 세계 연료전지 시장 규모가 400억 달러(42조원) 수준에 이를 것으로 전망했으며, 이중 발전용 연료전지 시장은 64억 달러(6조8,000억원)로 예상된다. 이번 연료극 물질 개발로 SOFC 제조원가 비용절감이 가능하게 돼 상용화도 앞당겨질 것으로 예측된다.

/울산=장지승기자 jjs@sedaily.com