▲ (左에서 右로)도시바의 가정용 연료전지, 파나소닉의 가정용 연료전지, 퓨얼셀 파워의 가정용 연료전지.

■ 전기와 난방비 12% 줄이는 연료전지

가정용 연료전지는 연료용가스에 포함돼 있는 수소와 대기 중의 산소를 반응시켜 전기와 열을 생산해내는 연료전지를 이용하는 것이 특징이다.

도시가스를 연료로 이용하며 전력계통 연계가 가능하도록 구성되고 연료전지에서 발생하는 열을 온수의 형태로 회수해 이용하는 것을 특징으로 하고 있다.

도시가스, LPG, 바이오가스 등 다양한 연료사용이 가능하고, 발생되는 열을 활용해 난방 및 온수에 사용이 가능하다.

또한 발전효율이 30∼37%(LHV)이고 열회수요율이 40∼50%로 고효율을 특징으로 한다.

이는 종래의 발전소에서 송전받는 방식(열 손실, 송전 손실 발생)에 비해 친환경적이며 에너지효율이 높다.

더불어 날씨와 계절에 상관없이 전기와 열을 생산할 수 있고, 전기 사용량이 많은 주택일수록 절감효과가 크게 나타난다.

경제성은 수용가에서 지불하는 전기요금과 가스요금을 합친 금액 즉 광열비의 절감으로부터 얻어진다.

설치효과로는 월 평균 전력사용량이 600KWh인 주택의 경우(연료전지 1KW 설비 설치시) 연간 약 160만원의 절감이 예상되고 있다.

기존발전과 보일러를 이용하는 것에 비해 연료전지를 사용할 경우 전기와 난방비가 약 12∼13% 정도 절감되는 것으로 알려졌다. 또한 기존의 발전에 비해 CO₂가 약 30∼40% 감소하고 기존의 발전에 비해 26%의 에너지를 절감할 수 있는 것으로 알려지고 있다.

가정용 연료전로 사용하기 위해서는 주거지에 적합한 친환경성 및 설치 공간의 최소화가 요구된다.

이에 주거 건물에 적합한 소음, 배가스 규제 및 안전성 확보가 필요하며 기존 제품 대비 발전효율을 높이고 설치가 용이하도록 개발하고, 효율적인 온수 사용 등으로 종합효율을 높여야 한다.

최근에는 품질이 우수한 일본산과 일본산 대비 가격이 1/2∼1/5에 불과한 저가격의 중국산과 경쟁할 수 있는 소재 국산화를 위한 집중적 지원과 국내 기업 육성이 요구되고 있다.

또한 스택, 부품의 표준화, 규격화를 정착시켜서 원가절감을 위한 양산체계를 조기에 구축해 가격 경쟁력을 확보하는 것이 중요해졌다.

기술적으로는 고분자전해질 연료전지(PEMFC) 기술로 선진국에서는 효율 80%(발전효율 35%, 열효율 45%) 수준을 달성했으며, 고체산화물 연료전지(SOFC) 기술은 고온 운전 특성으로 발전효율 40% 이상의 고효율과 콤팩트화가 요구되고 있다.

더불어 열화기구 규명 및 신뢰성 개선 기술을 개발해 5년 이상의 기대 수명에 대한 조기 확보가 중요해 졌다.

현재 저가격, 고성능 소재 및 단전지, 밀봉재, 분리판, 집전체 등의 부품 소재 개발 및 국내 업체 발굴을 통한 안정적인 부품 공급체계의 확립이 매우 시급한 실정이다.

또한 구성요소의 대부분이 세라믹으로 이뤄져 있는 SOFC의 특성상 대면적화, 대형화가 매우 어려우며 이에 연료전지 용량을 증가 시킬 수 있는 제조공정에 대한 개발 및 양산공정의 정립도 요구되고 있다.

■ 日 후쿠시마 원전사고, 연료전지 인식 바꿔

가정용 연료전지 시스템 보급은 현재 일본에서 가장 활발히 진행 중이다.

특히 지난 2011년 후쿠시마 원전사고 이후로 전력난이 가중되며 일반인들도 연료전지 설치를 높이고 있다.

2010년에는 4,985대가 설치됐고, 2011년에는 1만7,995대가 설치된 것으로 알려지고 있다.

보조금의 경우 2010년 최대 130만엔이 지원됐고, 2011년의 경우는 최대 105만엔, 2012년은 최대 70만엔이 지원됐다.

일본의 경우는 상용화가 많이 진행됐고, 더욱 주목할 만한 것은 일반 대중들에 대한 수소연료전지에 대한 인식을 많이 높였다는 점이다.

미국의 경우에는 용량이 큰 5kW 연료전지 시스템의 개발 및 판매가 활발하다. 클리어에지 파워가 CE5를 제작 보급하고 있는데, 이 제품은 우리나라 에너지관리공단 신·재생에너지센터의 인증을 받은 제품이다. 이 시스템은 전기효율 37%, 총 효율 85%의 성능에 수증기 개질 방식의 개질기가 채용돼 있다.

독일은 국가적으로 보급 사업을 진행 중으로 박시 이노테크(Baxi innotech), 헥시스(HEXIS), 바일란트(Vaillant) 3개사가 1kW 시스템을 공급하고 있다.

에관公 보급사업 최대 3,423만원 보조, 개인 500만원대

日 후쿠시마 원전사태, 연료전지 설치 긍정적 전환 계기

■ 가정용 연료전지, 개인부담 500만원이면 설치

우리나라는 지난 7월9일 울산 수소타운의 준공을 계기로 본격적인 가정용 수소연료전지 시장의 서막을 올렸다.

울산 수소타운에는 수소연료전지 150개 195kW가 보급됐으며 퓨어셀파워, 현대하이스코, 효성, GS칼텍스의 4개 회사가 연료전지를 공급했다.

정부의 연료전지 보급 노력도 계속되고 있다.

에너지관리공단 신·재생에너지센터의 그린홈 100만호 보급사업으로 연료전지가 보급된 통계를 살펴보면 2010년에 959가구, 2011년 292가구, 2012년 249가구로 3년간 총 1,500가구에 보급된 것으로 나타났다.

가정용 연료전지의 설비용량별·지역별로 살펴보면 2010년에는 전국적으로 209kW가 보급됐으며, 서울이 100kW, 광주가 3kW, 경기 78kW, 강원 24kW, 전남이 4kW가 보급됐다.

2011년에는 전국적으로 247kW가 보급됐으며, 서울이 56kW, 부산이 19kW, 대구가 2kW, 광주 23kW, 경기 95kW, 충북 2kW, 전남 42kW, 경북 8kW가 보급됐다.

에너지관리공단이 실시하는 그린홈 사업에 사용되는 인증제품으로는 6개사에서 8개의 제품이 있다. 이들 제품은 △㈜효성의 ‘HSFC-RW1KPP004’ △㈜퓨얼셀파워는 ‘CV-IN’과 ‘CV-IN-PM’ △GS퓨얼셀㈜는 ‘Ecogener-NG3’과 ‘Ecogener-NG1_11’ △LS산전㈜은 ‘SGH-Ⅱ’ △현대하이스코㈜는 ‘SAVE-E’ △클리어에지파워의 ‘CE5’ 개의 제품이다.

이렇게 8개의 제품이 있지만 사실 일반 소비자가 사용할 수 있는 제품은 ㈜퓨얼셀파워의 ‘CV-IN’과 ‘CV-IN-PM’이 유일하다.

산업통상자원위원회 이원욱 의원이 최근 국정감사에서 밝힌 자료에 따르면 LS산전㈜의 ‘SGH-Ⅱ’는 인증기간이 지났음에도 불구하고, 인증연장 신청을 하지 않고 있으며, GS퓨얼셀은 지난해 1kW 연료전지사업을 잠정 중단하겠다고 밝혔다.

클리어에지파워는 사실상 국내에서 연료전지 보급사업을 중단했다. 현대하이스코와 효성도 보급사업에 대한 확실한 참여의지가 없는 상황이다.

현재 에너지관리공단 신·재생에너지센터의 그린홈 사업으로 지원되는 설치비용은 최대 1kW당 3,423만원이다. 설치에 들어가는 총비용은 업체에 따라 다르나 개인이 부담하는 비용은 500만원 정도로 과거 수천만원에 달하던 시절 보다는 많이 낮아진 것으로 알려졌다.

■ 정부보조·가격인하 활성화 돼야

일본 후쿠시마 원전사고 이후로 원전을 포기하는 국가가 점차 늘어가고 있는 가운데 가정에서 소규모 발전을 할 수 있는 가정용 연료전지에 대한 관심이 높아지고 있다.

과거 1kW 가정용 연료전지 시스템을 구축하기 위해서는 5,000만원 이상이 소요됐지만, 현재는 정부 부담을 통해 개인은 500만원 내외에서 연료전지 시스템 구축이 가능하다.

또한 전력난의 심화에 따라 분산형 에너지인 연료전지 시스템의 수요도 증가할 것으로 전문가들은 보고 있다.

아직까지는 가정용 수소 연료전지에 대한 홍보부족으로 수소연료전지에 대한 인식을 못하는 일반인들이 많이 있지만 기업들의 적극적인 홍보와 기술개발을 설치 비용을 낮추고 정부의 보조가 뒷받침 된다면 가정용 연료전지의 미래는 밝을 것으로 예상되고 있다.

▲ 연료전지의 전기발생 원리.

▲ 연료전지 발전시스템 구성도.