미래 친환경 에너지하면 많은 사람들이 수소를 떠올리실텐데요. 상용화까지는 아직 갈 길이 멀긴 하지만 많은 기업들이 수소 에너지에 관심을 가지고 있습니다. 이렇게 핫한 수소 에너지 생태계에서 가장 핵심이 되는 심장이 뭐냐고 묻는다면 연료전지라고 대답할 것 같은데요. 전기차에 쓰이는 배터리와는 또다른 개념의 에너지원으로 에너지 산업의 구조를 바꿔나가는 연료전지, 제대로 알아봐야겠죠?

▶️ 연료전지에 대하여

연료전지는 영어로는 fuel cell이라고 하며, 수소를 이온화하는 과정에서 화학반응을 이용해 전류를 생성하는 에너지 변환 장치입니다. 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치인데요. 전기차에 쓰이는 우리가 아는 배터리는 2차전지라고 불리는데 반해 연료전지는 한단계 더 나아갔다고 해서 3차 전지라고 불리기도 합니다.

연료전지는 배터리와 다른 점이 있습니다. 우리가 아는 배터리는 쉽게 얘기해서 전기를 "저장"하는 장치입니다. 역시 내부에서 화학반응이 일어나 전기를 흘려보내주지만, 배터리는 내부의 연료를 이용해 화학반응을 일으켜 전기를 발생시키고, 충전 시 내부 연료의 구조를 바꿔주어 이후에 또 화학반응이 일어날 수 있도록 준비시킵니다. 반면 연료전지는 전기를 저장하는 것이 아닌, 수소를 전기로 "변환"하는 장치인데요. 연료전지를 충전한다는 뜻은 연료전지에 공급할 수소를 충전한다는 의미입니다. 배터리는 "저장" 장치, 연료전지는 "변환" 장치라고 이해하면 되겠습니다.

연료전지는 내부에 쓰이는 전해질의 상태와 작동 온도를 기준으로 종류를 구분하는데요. 전해질로 쓰이는 물질 이름은 어려운 화학식이라 소개하진 않겠습니다. 연료전지는 종류에 따라 가정용 발전, 수송용 발전 등 여러 곳에 쓰이고 있습니다.

▶️ 연료전지의 장단점

연료전지의 장점부터 소개하겠습니다. 연료전지는 화석연료를 이용한 발전보다 발전 효율이 높습니다. 연료전지가 수소를 전기로 변환하는 발전기라고 이해했을 때, 일반 발전소보다 가까이 둘 수 있어 송전 효율도 더 좋죠. 게다가 수소를 이용에 화학반응을 일으킬 때 온실가스가 전혀 나오지 않는다는 장점도 있습니다. 온실가스 대신 물이 배출되며, 화학반응을 위해 공기 중의 산소를 사용하기 때문에 그 과정에서 공기 정화 효과도 있습니다.

하지만 연료전지는 현재 기술적인 한계로 인한 단점도 많습니다. 먼저 연료전지에 쓰이는 수소를 생산할 때 화석연료를 태우거나, 이산화탄소를 많이 배출하는 등 친환경적이지 않은 과정이 많습니다. 수소는 자연상태에서 채집이 불가능하기 때문에 어쩔 수 없죠. 게다가 수소를 충전하기 위해서 필요한 여러 인프라가 많이 부족한 실정입니다. 수소는 운반하기도 힘들고, 충전을 위해서는 고압, 냉각 시설이 필요한데 부피도 크고 기술력도 많이 필요합니다.

▶️ 연료전지에 필요한 수소는 어디서 가져오나?

현재 수소를 생산하는 방식은 크게 3가지가 있습니다. 첫번째는 천연가스 등 수소를 포함한 어떤 원료에서 수소를 추출하는 방식입니다. 이를 개질 수소라고 합니다. 이 방식은 세계적으로 보편화되어 있는 방식입니다.

두번째 방법은 석유화학 공정에서 부산물로 나오는 수소를 이용하는 방식입니다. 이를 부생 수소라고 합니다. 석유화학 공정이 발달한 우리나라에서는 부생 수소를 주로 활용합니다. 하지만 석유화학 공정 자체에서 수소를 사용해야 하기도 하고, 부산물이기 때문에 생산량이 그렇게 많지 않다는 한계가 있습니다.