UNIST, 고효율·저비용 천연가스 연료전지 상용화 기술 개발

UNIST, 고효율·저비용 천연가스 연료전지 상용화 기술 개발

김건태 교수팀, 장기간 성능유지 전극 물질 개발…연료전지 산업 선도 기대

(울산=연합뉴스) 장영은 기자 = 수소 대신 탄화수소를 바로 써도 장기간 성능이 유지되는 전극 물질을 개발해 천연가스 연료전지 상용화가 눈앞에 다가왔다.

김건태 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수팀이 신지영 숙명여대 교수, 한정우 서울시립대 교수, 주용완 원광대 교수, 정후영 UNIST 교수와 공동으로 새로운 형태의 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell·SOFC)용 연료극 소재를 개발해 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 28일자에 발표했다.


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% 이상 높아 차세대 에너지 생산기술로 주목받고 있다.

그러나 그동안 연료로 쓰일 수소 확보와 오랫동안 안정적으로 쓸 수 있는 전극 소재 개발이 이뤄지지 않아 상용화가 더뎠다.


김건태 교수팀은 SOFC의 연료로 천연가스나 LPG 같은 탄화수소를 사용하는 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 쓰면서 생기는 성능 저하를 막을 방법도 찾았는데, 연료극 물질로 쓰이는 이중층 페로브스카이트 내부에서 전이금속(페로브스카이트를 이루는 원소의 하나)을 꺼내 촉매로 사용하는 것이다.

김 교수는 "탄화수소를 직접 사용해 연료전지를 작동시키면 반응하고 남은 탄소나 황이 쌓이면서 촉매(연료극)의 성능이 떨어질 수 있다"며 "이번에 개발한 이중층 페로브스카이트 구조의 물질을 이용하면 탄화수소를 직접 사용해도 장기간 안정적으로 전기를 생산할 수 있다"고 설명했다.

또 "기존 연료극 소재는 초기에 우수한 성능을 보이더라도 장기적으로는 불안정했고 제조 공정도 복잡하며, 탄화수소를 직접 연료로 사용했을 때 안정적인 작동이 불가능했다"며 "세 문제를 모두 해결한 새로운 연료극 소재는 SOFC 상용화를 선도하는 기술이 될 것"이라고 기대했다.


기존 물질에 비해 뛰어난 탄소 저항성과 높은 성능이 보장된 SOFC의 새 연료극은 제조원가 비용절감도 가능해 환경친화적인 SOFC 상용화에 큰 역할을 할 것으로 기대하고 있다.

또 연료전지 산업계에서 문제점으로 지적돼 온 안정성 문제와 연료 선택성 문제도 동시에 해결할 수 있는 단서를 제공, 세계 연료전지 산업을 선도하는 계기가 될 전망이다.

연료전지 세계 시장 규모는 1조8천억원으로 연평균 85% 성장세를 보이고 있다.

미국 에너지부(United States Department of Energy·DOE)는 2020년 세계 연료전지 시장 규모가 400억 달러(42조원) 수준에 이를 것으로 전망했으며, 이중 발전용 연료전지 시장은 64억 달러(6조8천억원)로 예상된다.

young@yna.co.kr

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