[에너지단열경제]박장수 기자
연료전지
연료전지는 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이다.
생성물이 전기와 순수(純水)인 발전효율 30~40%, 열효율 40% 이상으로 총 70~80%의 효율을 갖는 신기술이다.
연료전지는 전해질 종류에 따라 구분하며 다양한 종류가 있다.
<연료전지의 종류>
1. 알칼리형(AFC : Alkaline Fuel Cell)
1960년대 군사용(우주선 : 아폴로 11호)으로 개발됐으며 순 수소 및 순 산소를 사용한다.
2. 인산형(PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell)
1970년대 민간차원에서 처음으로 기술개발된 1세대 연료전지로 병원, 호텔, 건물 등 분산형 전원으로 이용된다.
현재 가장 앞선 기술로 미국, 일본에서 실용화 단계에 있음
3. 용융탄산염형(MCFC : Molten Carbonate Fuel Cell)
1980년대에 기술개발된 2세대 연료전지로 대형발전소, 아파트단지, 대형건물의 분산형 전원으로 이용된다.
미국, 일본에서 기술개발을 완료하고 성능평가 진행 중(250㎾ 상용화, 2MW 실증)
4. 고체산화물형(SOFC : Solid Oxide Fuel Cell)
1980년대에 본격적으로 기술개발된 3세대로서, MCFC보다 효율이 우수한 연료전지, 대형발전소, 아파트단지 및 대형건물의 분산형 전원으로 이용되고 최근 선진국에서는 가정용, 자동차용 등으로도 연구를 진행하고 있으나 우리나라는 다른 연료전지에 비해 기술력이 가장 낮은 편이다.
5. 고분자전해질형(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane)
1990년대에 기술개발된 4세대 연료전지로 가정용, 자동차용, 이동용 전원으로 이용되며 가장 활발하게 연구되는 분야이며, 실용화 및 상용화도 타 연료전지보다 빠르게 진행되고 있다.
6. 직접메탄올연료전지(DMFC : Direct Methanol Fuel Cell)
1990년대 말부터 기술개발된 연료전지로 이동용(핸드폰, 노트북 등) 전원으로 이용된다.
고분자전해질형 연료전지와 함께 가장 활발하게 연구되는 분야이다.
<연료전지 발전시스템 주요장치>
1. 개질기(Reformer)
화석연료(천연가스, 메탄올, 석유 등)로 부터 수소를 발생시키는 장치다.
시스템에 악영향을 주는 황(10ppb이하), 일산화탄소(10ppm이하) 제어 및 시스템 효율향상을 위한 compact가 핵심기술이다.
2. 스택(Stack)
원하는 전기출력을 얻기 위해 단위전지를 수십장, 수백장 직렬로 쌓아 올린 본체로 단위전지 제조, 단위전지 적층 및 밀봉, 수소공급과 열회수를 위한 분리판 설계·제작 등이 핵심기술이다.
3. 전력변환기(Inverter)
연료전지에서 나오는 직류전기(DC)를 우리가 사용하는 교류(AC)로 변환시키는 장치다.
4. 주변보조기기(BOP: Balance of Plant)
연료, 공기, 열회수 등을 위한 펌프류, Blower, 센서 등을 말하며, 연료전지에 특성에 맞는 기술이 아직은 미비한 편이다.
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