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국내 건물용 연료전지 기술로 유럽 시장 공략 나선다

유럽, 신재생에너지 도입에 적극적…연료전지 수출 여건 좋아
유럽, 페이스 프로젝트로 2,500여 대 시스템 설치… 목표는 가격 30% 절감
에스퓨얼셀, 국가 연구과제로 유럽 시장 맞춤형 건물용 연료전지 개발 나서

[월간수소경제] 편리한 생활을 원하는 현대인들의 욕구를 만족시키기 위해 IoT(사물인터넷), 가상현실 등 최첨단 기술과 그에 상응하는 기기들이 쏟아져 나오고 있고 이로 인해 전력소비량은 매년 증가하는 추세다.

기존 중앙집중식 전력 체제의 경우 에너지 투입 대비 실제 전력량은 32% 수준이며, 송배전 과정에서 9%가 추가적으로 손실된다.

또한 에너지 고갈, 환경 문제 등이 전 세계적인 이슈가 되면서 화석연료의 대안으로서 수소에너지와 이를 사용하는 연료전지의 중요성이 대두되고 있다. 유럽, 미국, 일본 등의 선진국들은 차세대 대체 에너지 및 분산발전원으로서의 신재생에너지 도입에 적극적이다. 특히 안정적인 분산발전의 역할을 수행할 수 있는 연료전지의 실증 및 보급을 확대하고 있다.

연료전지는 열과 전기를 생산하는 열병합 발전 기술로, 분산발전 후보군 중 가장 높은 발전효율을 자랑한다. 탄화수소계 연료를 수소로 개질해 사용하므로 유해물질 배출량이 여타 발전 시스템과 비교해 매우 낮은 것이 특징이다.

특히 건물용 연료전지에 사용되는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)는 연료전지 중 기술 개발 수준이 가장 높다. 다른 방식의 연료전지에 비해 기동온도가 낮고 구조가 간단하며 빠른 기동 특성 역시 지니고 있다.

또한 DSS(Daily Start & Stop) 운전에도 내구도가 저하하지 않는 장점을 갖고 있으며, 다양한 환경에서 실증이 진행되었기 때문에 내구성이나 안정성 등 기술적인 신뢰성이 대부분 검증된 상태다.



유럽의 건물용 연료전지 시장
유럽의 건물용 연료전지 시장을 분석하기 위해서는 각국의 에너지 소비량, Spark Spread(전기 판매 가격에서 연료 구입 가격을 뺀 값), 그리고 전기 생산 에너지원을 고려해야 한다.

무엇보다 Spark Spread가 좋은 독일, 영국 등을 우선적으로 고려할 필요가 있다. 독일은 전기 사용에 대한 선호도가 크고, 영국은 아파트에 대한 보급 환경이 가장 우수해 연료전지 관련 정책이나 제품 가격 문제만 해결되면 건물용 연료전지 보급에 있어 유망한 국가다.

유럽 가정의 연간 에너지 소비량을 살펴보면 독일의 1~2가구 주택에서는 연간 5,200kWh의 전기와 2만 1,438kWh의 열을 사용하고 있다. 이를 공급하기 위한 1차 에너지 소비량의 중앙발전과 분산발전 간 차이는 약 24%다.

일반적으로 유럽의 아파트는 저층이 상가로 이용돼 상업용 건물로 분류가 가능(유럽 전체 상업용 건물의 55%가 아파트)하다. 따라서 가구별 에너지 소비 형태를 토대로 유럽 아파트를 대상으로 하는 건물용 연료전지의 수요 예측 역시 가능하다.


유럽 국가의 주거 형태인 아파트는 독일이 7가구, 영국 3가구, 이탈리아 8가구, 폴란드 10가구가 주요 형태이며, 아파트별 에너지 사용량에 따라 건물용 연료전지(5kW급) 보급이 가능한 수요처는 독일 300만 채, 영국 440만 채, 이탈리아 200만 채, 폴란드 80만 채 수준이다. 이는 에너지 소비 및 거주자 증가 추세에 따라 지속적으로 상승하고 있다.

유럽의 건물용 연료전지 개발 및 실증 현황
2013년부터 2017년까지 총 5년간 진행된 유럽 최대 규모의 연료전지 실증사업 에너필드(ene.field) 프로젝트를 통해 유럽 주요 10개국에 1,000대 이상의 시스템이 설치되었다. 에너필드 프로젝트에서는 연료전지 시스템에 대한 모니터링을 시행하여 세부 성능 데이터, LCA(Life Cycle Analysis) 분석, LCC(Life Cycle Cost Analysis) 분석, 시스템 비용 그리고 시장 예측 등의 결과를 도출했다.



프로젝트 결과, 유럽 국가들 중 보조금 등 국가의 적극적인 재정 지원을 밑바탕으로 가장 많은 연료전지 시스템(약 750대)을 설치한 독일이 가장 성공적인 시장으로 판명되었다. 독일 시장은 Spark Spread에서 유리했으며 고객, 설치사업자 및 에너지(도시가스) 공급업체가 연료전지 기술에 대해 높은 이해도를 갖고 있었다.

이후 에너필드 프로젝트의 성공적인 결과를 바탕으로 페이스(PACE) 프로젝트를 진행 중이다. 해당 프로젝트를 통해 주요 11개국에 2,500대 이상의 시스템이 설치될 예정이며, 제작사별로 500대 이상을 설치해 시스템 가격을 30% 이상 절감한다는 목표다.

유럽의 신재생에너지 정책은 이와 같은 대규모 실증을 통해 연료전지 산업을 확대하고 보조금 없이도 지속 가능한 완전 자립 형태의 생태계를 형성하는 것을 목표로 하고 있다.



유럽 환경에 맞도록 건물용 연료전지 개선
산업통상자원부가 주관하고 한국에너지기술평가원이 전담하는 에너지기술개발사업의 일환인 ‘수출목적형 건물용 연료전지시스템 현지 적용 기술 개발’ 과제는 총 4년간 진행된다. 유럽 환경에 맞게 건물용 연료전지 시스템 및 핵심 부품을 개선하고, 내구도 향상 및 열추종 운전기술 적용 등을 통해 유럽의 건물용 연료전지 시장에 진출하는 것을 목표로 하고 있다.

특히 유럽의 경우, 천연가스에 사용되는 부취제의 종류가 국가별로 다르기 때문에 황 성분을 효과적으로 제거하기 위해서는 유럽 각 국가들의 천연가스 및 부취제 조성에 대한 정보를 파악하는 것이 중요하며 국가별 맞춤형 탈황 촉매 개발이 반드시 요구된다.

또한 유럽에서 공급되는 도시가스는 국내 도시가스에 비해 질소(N2) 함유량이 약 4배 높으므로, 국내용 개질기 촉매를 그대로 이용할 경우 암모니아(NH3)의 생성 가능성이 높다. 따라서 유럽형 개질기를 개발하기 위해서는 개질 촉매 선정 및 장기 내구성 평가가 필수적이다.

이번 과제에서는 첫 번째 단계로 유럽형 건물용 연료전지 기술 개발을 위해 유럽의 천연가스 성분에 따라 적용 가능한 개질 촉매, 탈황(부취제 제거) 촉매 선정 및 내구성 검증과 함께 현지 그리드 특성(전압, 주파수 등)에 맞는 인버터 개발을 진행한다.



두 번째 단계로 유럽 현지(덴마크, 독일 및 체코 예정)에서 건물용 연료전지 실증 운전을 진행해 핵심부품과 시스템의 성능을 검증 및 개선할 예정이다. 또한 원격 모니터링 시스템을 구축해 모든 실증 과정의 현지 트랙 레코드를 확보하게 된다.

마지막으로 2년 간의 실증 운전을 통해 확보한 다양한 트랙 레코드와 운전 노하우를 바탕으로 건물용 연료전지의 CE 마크를 획득한다. 또한 유럽 CE 마크의 국내 취득 프로세스를 수립하고, 실증 결과의 정밀 분석(에너필드 및 페이스 프로젝트 등 지금까지 진행된 유럽 실증 결과와 국내 시스템 실증 결과를 비교 및 분석)을 통한 연료전지 시스템 현지화 작업을 함께 진행할 예정이다.



일반적으로 정부 주도 연구개발사업은 기초기술, 핵심부품, 그리고 제품(시스템) 개발 순으로 이뤄지며, 사업 성과에 따라 상품화까지 가능할 경우 실증까지 진행된다. 이번 과제는 국내실증을 거쳐 연구개발사업의 마지막 단계인 해외실증 및 인증을 목표로 하는 과제로서, 그동안 정부(산업통상자원부)가 주도한 연료전지 기술개발사업들을 통해 개발된 기술들의 상품화는 물론 해외 수출까지 가능한 프로젝트이다.

따라서 세계 최고 수준의 건물용 연료전지 시스템 기술을 보유하고 있음에도 불구하고 그동안 국내 시장에만 주력했던 건물용 연료전지 사업을 해외 시장까지 확대해 나가는 것은 물론 지난 1월 발표된 수소경제 활성화 로드맵의 국가 비전인 ‘세계 최고 수준의 수소경제 선도국가’ 및 ‘연료전지 세계 시장 점유율 1위 달성’을 실현하는 데 있어 커다란 디딤돌이 될 것으로 기대된다. 





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