[월간수소경제 이종수 기자] 2019년도 신재생에너지기술개발사업 신규지원 대상 과제로 연료전지 분야에서는 고분자 연료전지 고출력화를 위한 전해질 소재 및 분산액 개발 등 4건이 선정됐다.

산업통상자원부는 지난 21일 신재생에너지핵심기술개발사업 등 3개 분야에 총 303억 원 내외를 지원하는 ‘2019년도 (제1차) 신재생에너지기술개발사업 신규지원 대상과제’를 공고했다.

이번 신재생에너지핵심기술개발사업의 연료전지 분야에서는 총 4건의 연구과제에 44억 원 내외를 지원한다.
먼저 고분자 연료전지 고출력화를 위한 전해질 소재 및 분산액 개발이 추진된다.

3M, Solvay사가 최근 개발한 짧은 곁사슬 과불화술폰산 이오노머는 Dupont사의 Nafion 이오노머에 견줄만한 성능과 내구성을 확보해 고성능 연료전지 막 소재로 사용이 가능함을 보여줬다.

반면 국내에서는 고분자 연료전지용 불소계 이오노머 단량체·중합체와 이를 활용한 이오노머 분산액 생산 공정 기술이 전무한 상태이기 때문에 수요업체에서는 높은 가격과 부족한 사양에도 불구하고 전량 수입에 의존하고 있을 뿐만 아니라 원활한 수급도 어려운 실정이다.

이에 따라 최근 개발된 과불화술폰산 이오노머 제조 원천기술을 활용해 상업적 공정에 적용할 수 있는 제조공정 기술을 확보하고 성능 검증을 거쳐 즉시 상용화할 수 있는 국산화 기술이 필요한 상황이다.

이번 연구는 과불화술폰산 이오노머용 단량체·중합체 제조공정을 개발하고, 이를 활용한 이오노머 분산액 제조기술을 국산화하는 것이 목표다.

다음으로 발전용 확장이 가능한 고효율 모듈형 SOFC 시스템 개발이 추진된다.

수소경제 활성화 로드맵 등의 정책적 지원과 맞물려 연료전지를 활용한 분산발전용 시장이 2022년 1,500MW, 2040년 15GW 규모로 지속적인 성장이 예상된다. 하지만 국내 기술의 준비 수준은 미흡한 형편이며, 고효율 SOFC 기술력을 갖춘 외국 기업은 국내 기술의 공백을 적극 공략해 시장을 선점하고 있다.

정부는 국산 분산발전용 SOFC 기술의 확보를 위한 적극적인 의지를 표명했으며, 수소경제 활성화 로드맵, 이노베이션 로드맵 등을 통해 기술 개발 방향을 제시한 바 있다. 발전용 SOFC 시스템의 개발을 위해서는 현재 국내 기술 수준을 고려해 소용량 시스템의 개발이 선행되어야 할 필요가 있다는 지적이다.

이에 따라 향후 발전용으로 확장이 가능한 구조의 고효율 모듈형 SOFC 시스템 개발을 통해 국내 분산발전용 시장의 조기 대응 능력 확보가 시급한 상황이다.

이번 연구는 150kW급 이상의 분산발전용으로 확장이 가능한 고효율 모듈형 SOFC(Solid Oxide Fuel Cell : 고체산화물연료전지) 시스템을 개발하는 것이 목표다. 발전용으로 확장이 가능한 모듈형 SOFC 시스템은 향후 복수 연결(Numbering-up)이 가능한 Hot box 1기와 용량 확대(Scale-up)가 가능한 Cold box 1기로 구성된다.

또한 25kW급 건물용 연료전지 고효율 모듈형 전력변환시스템 개발과제도 진행된다.

‘공공건물 신재생에너지 설치 의무화 제도’ 및 ‘수소경제 활성화 로드맵’에 따라 가정·건물용 연료전지 보급이 2022년까지 50MW, 2040년까지 2.1GW 수준으로 급속히 확산될 것으로 예상된다.

기존 분산발전 연료전지용 전력변환시스템은 시장 규모 및 경제성 문제로 설치 요구사항에 따라 사업자 맞춤형으로 주로 개발되고 있다. 향후 건물용 시장의 급속한 확산에 따른 능동적 대응을 위해 경제성, 확장성 및 신뢰성 확보가 용이한 모듈화 구성 방식의 고효율 전력변환장치 개발이 요구된다.

건물 내 설치·운용되는 연료전지 전력변환장치의 안전성 확보 측면에서 상태 모니터링, 진단 및 보호 기술의 개발도 필요한 상황이다.

마지막으로 25kW급 건물용 연료전지 전극(MEA)의 생산원가 절감을 위한 제조 공정기술 개발이 추진된다.

수소경제 활성화 로드맵에 제시된 2022년 50MW, 2040년 2.1GW의 가정·건물용 연료전지 보급 목표 달성을 위해서는 연료전지 핵심 부품의 양산기술 및 부품 국산화 기술 확보가 필요하다.

전극(MEA)은 연료전지의 성능과 가격을 결정하는 핵심 부품으로서 그간 국내 전극 제조사들의 연구개발 노력에도 불구하고 현재까지는 대부분 수입에 의존하고 있다. 1kW급 가정용에서 5~25kW급 건물용으로의 연료전지 시스템의 시장 확대 및 변화에 대응하고 외국 선진 제조사와의 경쟁력 확보를 위해서는 전극의 대면적화 및 양산 공정기술 고도화를 통한 제조 원가 절감이 관건이다.

이에 따라 그동안 소면적 기반의 설계 기술에 집중해온 건물용 연료전지 전극 기술을 양산 공정화 기술 및 대면적화 기술로 확장해 국내 제조사의 경쟁력을 확보하고 국산화를 촉진할 수 있는 기술 개발이 필요하다는 지적이다.

이번 4건의 연구과제를 수행하고자 하는 자는 4월 1일부터 19일까지 신청서류를 제출하면 된다. 상세 내용 및 관련 양식은 한국에너지기술평가원 홈페이지(www.ketep.re.kr) 사업공고 메뉴 또는 사업관리시스템(http://genie.ketep.re.kr)을 참조하면 된다.