수소와 산소가 만나면 생기는 일, 전기

수소연료전지란 수소가 공기 중 산소와 만나 물이 되는 과정에서 발생하는 에너지를 전기로 변환시키는 배터리이다. 연간 가동률이 높고 설치 면적이 작아 에너지 효율이 높다는 것이 장점이다. 수소연료전지의 구성은 백금 등 촉매가 있는 연료극과 공기가 공급되는 공기극, 전해질이 있는 결합부로 이루어져 있다. 이 가운데 연료극에 수소를 주입하면 촉매를 만나 수소 양이온과 전자로 분리되고 수소 양이온은 전해질을, 전자는 외부 도선을 각각 통해 이동하는 과정에서 전기를 발생시킨다.

작동 원리는 일반 건전지와 비슷하지만 일반 건전지는 용기 속 반응 물질을 한정적으로 활용하는 것에 비해, 수소연료전지는 외부에서 공급된 수소로 끊임없이 에너지를 만들어 낸다는 것이 차이점이다.

수소연료전지, 왜 주목받는 걸까

수소연료전지는 일단 다른 발전 방식에 비해 전기를 얻기까지 과정에서 발생하는 에너지 손실이 적다. 연료전지의 전기발전 효율은 다른 발전 방식에 비해 30~60% 이상 높고, 열을 활용하는 열병합발전까지 더하면 전체 효율이 80% 이상일 것으로 보고 있다.

또한 수소연료전지는 물과 열만 배출하기 때문에 친환경적이라는 것이 가장 큰 매력이다. 거기에 수소연료전지가 연료전지 공기극에 공기를 주입할 때 미세먼지를 비롯한 불순물을 걸러내기 때문에 공기 정화 기능도 한다. 소음도 거의 없다. 수소연료전지와 약 35m 떨어진 곳에서 들으면 55데시벨(조용한 사무실에서 일상 대화하는 정도의 소음 크기)이 나오는 정도다.

이렇게 장점이 많은 수소연료전지지만 걱정을 사는 부분도 있다. 다른 배터리처럼 혹시 폭발하지 않을까에 대한 우려가 있지만 수소연료전지는 ‘전지’라는 이름이 붙을 뿐, 작은 발전소와 비슷하다. 제품 내부에 연료를 저장하는 충전식 구조가 아니기 때문에 폭발할 가능성은 없다.

다만 연료극에 사용되는 촉매가 고가의 백금이기 때문에 수소연료전지의 생산 비용이 높다는 것은 아직 해결해야 할 문제이다. 그래서 비용 절감을 위해 백금 사용량을 줄일 수 있는 기술 개발에 노력 중이다.

KOGAS, 수소경제 발 맞춰 수소연료전지 사업 추진

수소연료전지는 1965년 미국 우주선 ‘제미니 5호’에 탑재된 이후 점차 우리 생활 속으로 들어오고 있다. 특히 자동차 분야에서 활용이 높다. 수소연료전지 자동차는 아직 시장 점유율이 크지 않지만 탄소중립에 대한 관심과 정책이 강화되면서 배터리 전기차와 함께 새로운 대안으로 꾸준히 증가하고 있다.

KOGAS에서도 최근 경제성과 환경을 고려한 ‘정치형 천연가스 개질 수소 충전소’ 설계 및 연구를 진행하면서 수소연료전지 자동차 상용화에 대응하고 있다. KOGAS의 수소 충전소 브랜드는 ‘H_²U’로, 2021년 7월 첫 번째 수소 충전소인 김해 수소 충전소의 문을 열었다. 김해 수소 충전소는 2022년 상반기부터 충전소 내에서 수소를 제조해 공급할 예정이다.

수소연료전지로 전기를 생산해 전기차 충전도 가능해진다. 2022년 5월 세계가스총회(WGC) 개최에 맞춰 대구혁신도시 수소 충전소도 운영을 시작할 예정이다.

KOGAS는 또한 2000년부터 수소연료전지 관련 연구개발을 하면서 건물용 연료전지의 보급기반 구축을 위해 가정용 연료전지 보급 및 수십 kW급 건물용 연료전지개발 연구 등을 적극적으로 추진하고 있다. 이와 함께 수소연료전지를 난방비 등에 어려움을 겪는 복지시설 등에 설치하는 등 에너지 복지에도 힘쓰고 있다.

수소경제 시대, 수소연료전지가 자동차뿐 아니라 발전설비 등 다양한 산업으로 확대되고 있는 만큼 공사는 앞으로도 기후 위기 속 대안 기술인 수소연료전지에 대한 관심과 개발을 이어나갈 예정이다.