▲ 전 과정 평가를 위한 시스템경계(system boundary)설정(출처: 한국에너지기술연구원)

한국에너지기술연구원(원장 이창근, 이하 에너지연)이 고체산화물 연료전지(SOFC)의 전면 상용화 시 야기될 환경문제를 전망하고 환경적인 핵심 소재 제작 기술을 제안했다.

에너지연은 울산차세대전지연구개발센터 강성민 박사 연구진이 고체산화물 연료전지의 전주기 환경영향을 정량적으로 분석하고 친환경 제작을 위한 기준 데이터를 제시했다고 29일 밝혔다.

고체산화물 연료전지는 수소와 산소의 반응을 통해 전기를 생산하는 장치로 발전 과정에서 탄소를 배출하지 않는 친환경 기술이다. 하지만 전지 생산 과정 중 토양 산성화 등을 유발하는 물질이 배출될 수 있어 궁극적인 친환경과 성공적인 산업화를 위해서는 전주기의 환경영향을 정확하게 평가하는 기준이 필요하다.

그러나 유럽 등 일부 지역에서 환경영향을 어떤 방식으로 실시해야 한다는 가이드라인 정도만 제공되고 있을 뿐 명확한 평가 기준과 규제가 마련되지 않았다. 또 상용화를 추진하는 기업으로서도 기준이 되는 데이터가 없어 개발한 제품의 환경적 장점을 강조할 수 없는 상황이다.

이에 연구진은 최근 활발히 연구되고 있는 고체산화물 연료전지를 대상으로 원자재 채취부터 제작까지 전 과정에서 발생하는 환경영향을 분석해 문제가 되는 소재의 배출량을 정량화하는 데 성공했다.

고체산화물 연료전지는 연료전지의 셀을 지탱하고 안정성을 제공하는 지지체 종류에 따라 크게 △연료극지지형 △전해질지지형 △금속지지형으로 분류된다. 연구진은 1킬로와트(kW)의 출력 조건을 가진 세 분류의 연료전지를 단위 전지, 단위 전지를 묶은 스택 단위로 구분해 각각의 환경영향을 분석했다.

지구온난화, 오존 형성 등 환경영향 핵심 지표 18개를 평가한 결과, 고체산화물 연료전지 생산 시 대부분의 지표는 영향이 크지 않은 것으로 나타났다. 반면 지구산성화와 해양 부영양화, 인체 발암 독성의 3개 지표에서는 상당히 부정적인 영향을 미치는 것으로 분석됐다.

연구진은 이 결과가 각 연료전지의 핵심 소재인 니켈, 이트리아 안정화 지르코니아, 스테인리스 스틸 사용에 기반한다고 밝혔다. 특히 현행과 같이 별도의 규제가 없는 경우 고체산화물 연료전지의 전면 상용화 시 대량 생산으로 인한 환경 문제가 야기될 것으로 전망했다.

이와 같은 환경영향을 최소화하기 위해 연구진은 니켈 생산 시 황산을 이용하지 않는 건식 야금공법, 스테인리스 스틸 생산 시 크롬을 회수하는 바이오 침출 공정 등 보다 친환경적인 핵심 소재 제작 기술을 제안했다.

연구 책임자인 강성민 박사는 “이번 연구는 그간 고려되지 않은 고체산화물 연료전지 생산의 환경영향을 정량적으로 파악해 미래 친환경 연료전지 상용화를 위한 환경 기준을 제시한 것”이라며, “정부 차원에서는 환경영향을 고려한 규제를, 기업 차원에서는 핵심 소재에 따른 환경영향을 파악하고 대안을 찾는 설계가 가능해져 궁극적인 탄소중립과 수소경제 실현에 큰 역할을 할 것으로 전망된다”고 밝혔다.