김창수 < 한국에너지기술硏 책임연구원 >


얼마전 폭설이 내려 수천대의 자동차가 눈 속에 갇혀 오도가도 못하고 있던 강원도 대관령.

평소 한산하던 대관령 휴게소의 공중전화 박스에 수많은 인파가 줄지어 섰다.

한시라도 빨리 외부에 상황을 알려야 하는데 휴대폰 배터리가 대부분 바닥났기 때문이었다.

휴대폰 배터리가 떨어지면 정말 난감하기 짝이 없다.

전지가 고갈됐다는 신호인 ''삐이삐'' 소리는 듣기조차 겁난다.

위급한 상황에서 휴대폰 배터리는 사람의 생명을 좌우할 수도 있다.

먼길을 떠날 경우 귀찮지만 가득 충전된 여분의 배터리를 항상 지니고 있어야 한다.

현재 개발중인 알코올 연료 전지가 상용화될 경우 많은 사람들의 이같은 ''고민''은 말끔히 사라질 전망이다.

알코올 연료는 복잡한 충전 문제를 획기적으로 해결해 줄 신에너지원(源)이기 때문이다.

배터리가 바닥나면 그 즉시 메탄올같은 알코올을 전지에 부어 에너지를 보충시키면 그만이다.

사실 연료전지는 ''전지''가 아니다.

생산된 전기를 단순 저장해 두었다가 공급하는 일반 전지와 달리 연료전지는 전기를 스스로 생산해 내는 ''작은 발전소''다.

연료전지는 이밖에도 무공해, 높은 발전 효율과 폐열 이용 등의 측면에서 다른 전지들을 압도하고 있어 차세대 에너지의 선두 주자로 각광받고 있다.

수력 화력 원자력에 이은 제4세대 발전 기술이라는 찬사도 나온다.


◆ 작동원리 및 장점 =연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기와 물.열을 얻는 발전 방식으로 전기를 직접 발생시킨다.

고온 고압의 가스나 증기로 터빈을 돌리는 기존의 방식과는 대조적이다.

연료로 사용되는 수소는 천연가스나 메탄올 등을 변환해 얻어지며 산소는 공기를 그대로 이용한다.

연료전지를 이용한 발전은 화력발전에 비해 에너지 효율이 70∼80% 정도 더 높다.

소음.진동은 물론 질소.아황산가스 등 환경오염 물질도 배출하지 않는다.

이산화탄소 발생량도 화력발전에 비해 60% 가량 적다.

연료전지 발전 시스템은 연료전지 발전기 외에 수소를 만들어내는 연료 개질기, 공기 공급 장치, 그리고 연료전지에서 생산된 직류전기를 교류전기로 바꿔 주는 전력 변환기, 발전기 제어장치 등으로 구성된다.


◆ 연료전지의 시장성 =연료전지는 고효율, 무공해 발전이라는 특성 때문에 21세기들어 급속하게 보급될 전망이다.

지금까지는 총 발전시장에서 연료전지가 차지하는 비중은 거의 ''제로(0)''에 가까웠다.

그러나 2005년께는 전체 발전시장의 절반 가까운 45% 정도를 차지할 것으로 예상된다.

연료전지는 발전효율이 40∼60%로 화력발전에 비해 높다.

게다가 수소와 산소의 전기화학반응으로 에너지를 만들기 때문에 공해물질이 발생하지 않는다는 장점을 갖고 있다.

전기를 생산할 때 발생하는 열을 열병합발전 형태로 이용하면 에너지 효율을 80%까지 높일 수도 있다.

기존 화학발전에 비해 30%이상 열효율이 높은 것이다.

질소 산화물과 이산화탄소의 배출량도 각각 화력발전의 3%, 33% 수준에 불과하다.

또 발전설비를 건설할 경우 좁은 공간에 지을 수 있는데다 건설기간도 훨씬 짧다.


◆ 연료전지의 활용 =이 때문에 연료전지가 상용화될 경우 기존 발전소의 규모도 지금의 30분의 1 정도로 줄어들 것이다.

대도시에는 ''도시형 발전소''가 설치되고 각 가정에는 전기와 온수를 동시에 공급할 수 있는 ''자가 발전소''가 만들어진다.

야산마다 흉물스럽게 늘어서 있는 송전탑들, 주거 환경을 해치는 전신주와 전선들이 사라질 날도 그리 멀지않은 셈이다.

연료전지가 일반화될 2010년께에는 각 가정과 상가 호텔 병원 등에서 자가 발전으로 온수를 공급하게 될 것이다.

또 고품질과 안전성, 무정전을 필요로 하는 통신회사와 컴퓨터 네트워크회사, e비즈니스사 등에서 연료전지를 동력원으로 이용할 전망이다.

무공해 청정 연료전지 자동차는 2010년께 대량 생산될 것이며 보트 선박 기차 등 공해를 발생하는 모든 동력 기관들이 연료전지를 주에너지로 사용하게 될 전망이다.

cskim@kier.re.kr

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