정부는 2030년까지 온실가스 배출량의 37%를 절감한다는 목표를 이루기 위해 신재생에너지 보급확대에 집중하고 있다. 농어촌을 중심으로 태양광, 풍력 설치 등 실현가능한 수단을 동원해 신재생에너지 설치비율을 늘리고는 있지만 온실가스배출이 높은 도심에선 공간 상 한계로 보급확대가 쉽지 않은 실정이다.

이를 해결할 수 있는 방안으로 연료전지가 주목받고 있다. 연료전지는 화학반응을 직접 전기에너지로 변환하는 시스템으로 연료를 연소시켜 전기에너지를 얻는다. 이는 지난 200여년간 이어온 화석연료의 대안으로 떠오르고 있다는 평가를 받고 있다. 짧게는 100년, 멀리보면 1,000년을 이끌어갈 수 있는 새로운 에너지패러다임 개막의 중심이 연료전지라는 기대를 모으고 있다.

연료전지는 기존의 화력발전에 비해 작은 크기로 높은 효율을 실현할 수 있어 이산화탄소 배출 저감과 소음감소에 효과가 높다. 이러한 특성으로 소형화, 고효율화를 실현하는 환경친화적인 발전설비가 될 수 있어 도심지역에서의 신재생에너지보급 사업에 가장 적합하다는 평가를 받는다. 또한 최근 거론되고 있는 분산형 전원시스템으로 이용이 가능하다.

석탄대비 NOx 배출량 98% 저감

연료전지는 △PAFC(Phosphoric Acid Fuel Cell: 인산형 연료전지) △MCFC(Molten Carbonate Fuel Cell: 용융탄산염 연료전지) △PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: 고분자전해질 연료전지) △SOFC(Solid Oxide Fuel Cell: 고체산화물 연료전지) △DMFC(Direct Methanol Fuel Cell: 직접메탄올 연료전지) 등 다양한 종류가 있다.

1세대 연료전지인 PAFC가 국내에서는 1992년 처음으로 상업화에 성공해 대중들에게 선보인 이래 2세대 MCFC를 거쳐 3세대인 SOFC로 넘어오고 있는 중이다.

SOFC는 현재 연구개발단계에 있으며 상품화된 해외 업체 제품의 경우 효율이 55%로 PAFC(37%), MCFC(47%)에 비해 발전된 형태를 띄고 있다. SOFC는 고온에서 작동하기 때문에 다른 연료전지에 비해 발전효율이 높다. 가업조건에서도 운전이 가능해 연료전지의 성능을 더욱 높일 수 있다.

특히 고온·고압 배기가스 이용 가스터빈과 연계 시 70% 이상의 발전시스템 구현이 가능한 것이 장점이다. 또한 수소 이외의 다양한 연료 사용이 가능하고 귀금속 촉매를 사용하지 않아도 된다는 점에서 다양한 운영이 가능하다.

최근 문제되고 있는 환경문제에 관해서도 SOFC는 전기화학반응을 이용하므로 석탄화력대비 NOx 배출량을 98%저감할 수 있고 소음이 거의 없으며 고효율 발전으로 CO₂배출량을 40% 정도 저감할 수 있다.

다만 아직 가격이 높은 것과 국내 SOFC제품화가 지연되고 있는 점이 숙제다. 이에 SOFC업계는 핵심기술 국산화 및 양산화에 적극 나서 가격경쟁력을 확보하는 데에 주력한다는 방침이다.

[인터뷰] 이동원 SOFC산업화포럼 회장

“올해 실증사업 거쳐 양산체제 구축에 집중”

SOFC는 미래에너지로 조명 받고 있는 연료전지의 한 종류다. PEMFC, MCFC 등 이미 상용화돼 현장에서 사용되고 있는 연료전지도 있지만 소형화, 대용량화, 사용연료의 유연성 등은 다른 연료전지 방식에서는 가질 수 없는 SOFC만의 특성이다.

현재 SOFC는 제품화 초기 단계에 머물러 있기 때문에 향후 가격경쟁력 확보라는 숙제가 있지만 양산형 모델개발을 통해 적극적인 문제해결 방안을 모색하고 있다.

이러한 SOFC의 산업 발전을 위해 모인 단체가 ‘SOFC 산업화 포럼’이다. 포럼의 초대 회장을 맡고 있는 이동원 회장의 기본 방침은 ‘제대로 된 규모의 산업과 시장을 형성하기 위해서는 경쟁보다 협력이 우선이다’라는 것이다. 서로의 영역에서 경쟁관계에 놓인 회사도 있지만 포럼 안에서는 한마음 한뜻으로 SOFC 시장의 기반을 닦는 데에 힘을 모으고 있다.

이동원 회장은 “SOFC산업화포럼은 그간 연구 단계에 머물러 있던 SOFC를 실제 산업화 단계까지 끌어올리기 위해 관련 10개 기업이 모여 의기투합을 이룬 단체다”라며 “SOFC 산업은 이제까지 부침도 많이 겪었지만 그동안 제각각이었던 각 회사의 사업 방향을 한 목소리로 모아 시장을 생성하고 산업 규모를 키우자는 의미에서 결성됐다”고 밝혔다.

포럼은 SOFC산업과 관련된 시스템, 셀, 소재, BOP류 등 다양한 분야의 기업들로 구성돼 있어 포럼 자체가 하나의 밸류체인으로 작용하는 것이 강점이다. 장기적으로는 가스사업자, 발전소, 건설사 등 수요처를 회원사로 영입해 수요자의 니즈를 명확히 파악, 맞춤형 공급이 가능하도록 하나의 밸류체인을 형성해 나갈 계획이다.

2020년까지 가격·효율성 해결

이동원 회장은 “SOFC는 현재 시장에 공급되고 있는 PEMFC와 MCFC에 비해 진입은 늦은 상황이지만 실증사업 및 양산체계를 구축을 통해 kW당 500~1,000만원까지 단가를 낮춰 연료전지 대표산업 중 하나로 자리매김하는 것이 목표”라고 강조했다.

현재 일본에서는 약 14만대가량의 주택용 연료전지가 보급돼 있고 평균 공급가격은 145만엔대를 나타내고 있다. 우리나라는 이제 3,000여대가 보급된 수준이니 일본의 보급률과 가격 변화 추이를 봤을 때 내려갈 수 있는 가격의 하한선을 예측할 수 있다.

SOFC는 주요 핵심부품인 셀·스택, 시스템 제조에 있어 생산공정 개발 및 공정 최적화를 반영한 양산형체계 구축 시 현재대비 1/10 수준으로 가격이 떨어질 것으로 예상돼 kW당 1,000만원 이하이라는 금액은 현실성 있는 가격이라는 것이다.

특히 SOFC는 고가의 귀금속 소재를 사용하지 않아 가격저감이 용이하며 주요 핵심부품의 대량 생산을 통해 단가부분은 머지않아 해결될 것으로 보인다.

또한 SOFC는 전력변환 효율을 추가 개선해 제품의 완성도를 높인다는 계획이다. 이 회장은 “현재 국내 가정용 SOFC 효율은 약 40% 수준으로 일본이나 유럽에서 출시한 제품대비 경쟁력을 갖추기 위해서는 추가 기술개발이 필요하다”라며 “국내 기업들이 이를 위해 개발에 박차를 가하고 있기 때문에 2020년 경에는 가격경쟁력 확보는 물론 높은 효율로 기술력을 인정받아 일반인들에게까지 SOFC가 새로운 에너지원으로 인식될 수 있을 것”이라고 강조했다.

이러한 계획을 실현하기 위해 가장 시급히 시행해야 할 부분이 실증사업이다. 실증사업을 통해 기본적인 기술성능을 검증할 수 있고 다양한 운전 조건에서의 시스템 상태를 모니터링 할 수 있다. 이와 함께 소비자들의 의견을 수렴하여 개선점을 찾을 수 있다는 것이다.

최근 가스 사용량의 감소로 인해 새로운 아이템 발굴이 필요한 가스공급사들과의 협력도 기대할 수 있다. 또한 상용화와 관련해 연료전지의 장치적 특성이 반영된 가스안전이나 설치기준을 만드는 것이 우선돼야 한다고 덧붙였다.

아직 양산화가 이뤄지지 않은 현 시점에서 SOFC의 가격경쟁력을 논하는 것은 시기상조다. 실증사업이 완료되고 양산체계가 만들어진 후에 판단해도 늦지 않는다는 설명이다.

미래에너지원 ‘SOFC’

이 회장은 “지난 200년간 인류는 화석연료를 사용하며 발전해왔고 현재 갈림길에 놓였다”라며 “장기적인 안목을 가지고 다음 세대가 사용할 수 있는 미래에너지원을 찾아야 할 때”라며 그 중심에 SOFC가 서 있다고 말했다.

이러한 SOFC 활성화를 위해서는 앞서 설명된 실증사업과 더불어 제도개선이나 신재생에너지 의무 공급량 및 보급사업 확대 등의 정책적인 지원이 필수적으로 뒷받침돼야 한다고 말했다. 꼭 연료전지에 한정되지 않더라도 신재생에너지의 의무비율이 증가하고 보급이 활성화되면 SOFC가 성장할 수 있는 토대가 마련될 것이라는 설명이다.

이 회장은 “SOFC산업은 전후방 산업이 서로 맞물려있어 한쪽이 성장하면 다른 쪽도 덩달아 상승하는 경우가 있다”라며 “SOFC산업의 발전은 다른 국가산업과 긴밀하게 연계돼 시너지 효과를 낼 수 있는 좋은 사례가 되고 있다”고 말했다. 또한 SOFC가 국가 에너지다변화에 기여하고 환경적 이슈에 대응하며 에너지산업을 견인할 것으로 기대한다고 덧붙였다.