친환경 에너지 체제의 중심에 연료전지가 있다

 혹시 인천에서 개최되었던 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 2018년 보고서를 읽어보셨나요?

보고서의 주요 골자는 지구의 평균온도를 산업혁명 이후 1.5도 상승 이내로 막아야 한다는 것으로 

이미!! 지구 평균 온도는 1.0도 상승했다는 사실.. 그리고 현재의 상승속도가 지속된다면 20~30년 이내에

평균 온도 2.0도가 넘어간다고 합니다. 

 

평균 온도 2.0의 의미에 대해서 여기저기 찾아봤는데,

평균 온도가 +2.0도를 넘어가면 그 이후에는 비가역적인 즉 되돌릴 수 없는 상태가 되어 탄소배출량을

제로로 만든다고 하더라도 지구온도가 계속에서 상승하는 최악의 상황이 벌어질 수 있다고 합니다.

(영구동토층의 메탄이 흘러나와 온난화를 가속하거나, 북극의 빙하가 녹아 알베도가 떨어지는 등...)

보고서에서 말하는 +1.5도는 탄소배출을 줄이는 여러가지 조치를 했을때의 시나리오 인거죠.

 

연료전지 이야기 하려다가 서론이 길었는데요.

지구를 살리고 결국 우리가 살기 위한 친환경에너지 체제인 수소경제의 중심에 있는 

연료전지를 이제 이야기해보려고 합니다.

 

연료전지가 왜 친환경이라고 불리는가 하면 사용하는 연료가 수소기반이기 때문이고,

전기를 생산하는 과정에서 연소과정이 없기 때문입니다.

 

연료전지의 구성을 보면 연료극(Fuel Source),  촉매층, 멤브레인, 공기측으로 나누어 집니다. 

그림을 보면 이해가 쉬우실 텐데 연료극으로 들어간 수소는 촉매층에서 수소 이온과 전자로 나뉘어지고,

전자는 멤브레인을 통과할 수 없으니 외부 회로로 움직이고 수소이온은 멤브레인을 통과할 수 있어서

멤브레인을 통해 공기극으로 갑니다.

공기극으로 간 수소이온은 공기 중의 산소와 만나 물과 열을 생성하게 되는거죠. 전기분해의 역순입니다.

이때 전자가 외부 회로로 움직이면서 전자의 흐름이 생기죠? 전자의 흐름이 생겼으니 곧 전기가 만들어지는

발전 과정이 되는 겁니다.

 

연료전지는 PEMFC, SOFC, MCFC, AFC 등등 많은 종류가 있습니다.

종류마다 운전온도, 사용할 수 있는 연료, 촉매층 종류가 제각각 다른데요.

현대자동차에서 수소차로 사용하고 있는 연료전지는 PEMFC로, 운전온도가 70~80도 정도라

상온에 가깝고, 응답속도가 빨라서 자동차의 동력원으로 적합합니다.

 

반면에 MCFC는 650도 정도, SOFC는 700~1000도 정도로 운전운도가 높아서 발전소로 적합합니다.

운전온도가 높다보니 고온의 배출가스를 이용한 복합발전도 가능해 효율을 올릴 수 있기 때문입니다.

 

그런데 말입니다~!!

왜 연료전지는 아직까지 대세가 되지 못했던 걸까요?

아.. 물론 수소차를 사용하려면 수소스테이션이 있어야 하는데 인프라가 없어서 그렇다 라고 대답하실 수도 있는데,

글쎄요... 우리가 사는 세상은 자본주의죠? 제 생각에는 이 분야가 돈이 된다고 판단했으면 너도나도 앞다투어

스테이션하나씩 만들려고 했을겁니다. 마치 요즘 주유소 사업하시는 분들 처럼 말이죠.

 

아직 수소차를 비롯한 수소경제가 대세가 되지 못했던 이유는 크게 두가지 정도라고 봅니다.

첫째는 수소를 싸게~!! 대량으로 생산할 수 있는 기술이 없다는 점!!

          수소는 물을 전기분해해서 얻거나, 아니면 다른 공정에서 부생해서 발생하는 부생수소를 사용하는데

          연료전지를 이용해서 생산하는 에너지보다 전기분해 들어가는 에너지가 더 큰 아이러니가 있습니다.

          이를 해결하기 위한 촉매제를 개발하거나, 방법을 전환하거나 해야겠죠.

          하지만 역시나 무조건 대량으로 만들다보면 생산단가가 줄어들 수 밖에 없습니다. 민간차원에서는

          힘들고 정부차원의 푸쉬가 있어야 하는 지점이죠.

 

둘째는 연료전지의 내구성이 낮다. 즉 오래가지 못한다는 점 때문입니다.

          연료전지의 원리에서 수소가 촉매층에서 수소이온과 전자로 분리된다고 했죠?

          이렇게 수소이온으로 분리를 시켜주는 것이 백금 촉매인데(PEMFC 기준입니다. MCFC는 니켈등을 씁니다)

          이 비싼 귀금속 촉매가 운전중에 집을 나가버리는 일이 비일비재 합니다.

          무슨 말이냐면... 촉매의 표면적을 넓히기 위해서 탄소나노튜브에 백금촉매를 넓게 탑재 시켜놓았는데,

          운전을 하다보면 촉매가 떨어져 나가거나 촉매끼리 뭉쳐버리거나 또는 일산화탄소에 중독되어서

          기능을 상실하는 일이 생깁니다. 그래서 운전 초기에 연료전지 Cell의 전압이 1V에서 시작되어서

          계속 떨어지는 상황이 생기는 겁니다.

          보통 수송용 연료전지의 운전시간을 6천시간 이상은 되어야 한다고 보는데, 그 이전에 문제가 생기면

          연료전지 스택 전체를 갈아줘야 하는 불상사가 생깁니다. 내연기관에서 엔진을 갈아치우는 것과 

          비슷한 일이 생기는 거죠.

 

자 그럼.. 

이러한 단점이 극복불가능한 것일까요? 

절대 그렇지 않습니다. 연료전지 기술은 이미 30년도 더 된 오래된 기술이고, 최근에 필요에 의해서

각 정부에서 수소 체제 완성을 위한 연료전지 기술의 푸쉬를 하고 있습니다. 말 그대로 필요에 의해서 

입니다. 지구 온난화를 막기 위해서 생존을 위한 전략으로 수소체제와 연료전지를 선택할 수 밖에 

없는 상황인거죠.

 

          

 

최근 미국은 수소 인프라 사업에 예산을 투입했고(물가 상승을 이유로 공화당의 반대가 컸지만 결국 예산을 배정

했습니다. 반드시 필요하다고 판단한 겁니다), 우리나라도 현대차그룹을 중심으로 대규모 투자를 진행하고 

있습니다.

 

그럼 우리가 해야할 일은 무엇일까요? 해당 기업에 투자를 해서 자본금을 보태주고 우리도 돈을 버는 일입니다.

한마디로 관련 주식을 골라서 미래에 투자하자는 것이죠. ㅎㅎ 

테슬라를 놓친 분들은 상심이 크시겠지만, 역사적으로 볼때 테슬라 같은 경우는 수 없이 많았습니다. 새로운

흐름을 읽고 열심히 투자하다 보면 제 2, 3의 테슬라는 얼마든지 올 수 있어요~!!ㅎㅎ

이번 포스팅은 여기까지~ ㅎㅎ