신상길 에너지신문 논설위원.
신상길 에너지신문 논설위원.

[에너지신문] 미래에너지산업에서 인류에게 큰 도움이 되는 에너지 이용기기장비는 전지산업이다. 전지산업에는 리튬전지, 수소연료전지(수소전지), 태양전지 등이 대상이다.

리튬전지는 주로 자동차용으로 개발‧보급되고 있으며, 소형전기차는 사실상 배터리자동차라 할 수 있다. 소형화가 가능한 전지산업은 수소전지를 채택한 수소차를 생산보급하고 있다.

현재 국내에는 약 2만대의 소형수소승용차가 보급됐다. 그리고 이와 관련, 연구소에서 수소전지를 보급하기 위한 연구가를 꾸준히 진행 중인 것으로 알려져 있다. 때문에 결과가 나올 때까지 기다림이 미덕인 것 같다.

수소전지는 19세기 대학연구소에서 시작했으나 상용화까지는 아직 긴 시간이 필요한 과제다. 수소전지 연구의 핵심은 고열로 자유화된 전자의 이동에 의한 발전 원리다.

타 전지에 비해 수소전지의 장점은 ‘자가발전원리’이며, 상업화의 시작은 우주항공 산업용 전력공급이 목적이다. 우주산업에서 테스트한 수소전지는 성공적이었으며, 이러한 성공 사례가 모빌리티산업에서의 차세대 동력원으로 채택된 이유라 할 수 있다. 

수소전지는 리튬전지와 비교하면, 소형보다 중‧대형이 제작, 조립이 용이하며 고출력을 필요로하는 트럭, 버스와 소단위 주거용 건물의 전력 및 고온수공급이 가능한 편리한 에너지공급 설비로, 이러한 에너지공급형 설비를 ‘복합발전설비’라 한다.

즉, 대형 대용량설비를 ‘가스터빈형 복합발전기’며 중간크기는 ‘수소연료전지’, 소형연료전지는 용도가 제한적이라고 할 수 있다.

수소전지의 특징을 살펴보면, 수소전지는 전지와 부산물로 발생하는 고온수를 동시에 사용하는 ‘소형 복합발전기’라고 정의해도 틀린 답은 아니다. 단 고온수를 생산하기 위해서는 고온배기가스를 열교환할수 있는 열교환장치와 급수펌프가 부착돼야 하며, 동시에 온수저장탱크가 필요하다는 것이다.

이동차량의 경우 고온배기가스의 이용 공정은 없으며, 단지 일부 고온배기가스를 차량난방용으로 활용할 수 있다.

특히 우리나라가 수소전지를 열병합용으로 많이 이용하고 있는데, 최근에는 미국 뉴욕주 외각지역에 대단위 산업, 업무용 복합열병합 수소전지 생산공장을 플러그파워(Plug Power) 에너지회사가 건설 완료했으며, 잠정 종업원수가 1600여명 정도다.

H2-Tech 잡지 정보에 의하면 가장 큰 대단위 수소전지 제조 조립설비다. 미국 동북부지역에 열병합설비 제조설비 건설은 기후변화 결과 미동북부지역의 기후를 극저온으로 변화시킨 북극한파으로부터 주민을 보호하기 위한 방안으로 분산투자용 수소전지생산을 선택한 것 같다.

수소전지 대용량 화물운송 및 작업추력은 광산용 대형추력 또는 지하설비 작업용 이동식 발전차량이 대상이다. 광구터널속 공기를 저탄산가스 상태를 유지하기 위한 최선의 대안인 듯하며  향후 공기순환에 많은 투자를 필요로 하는 작업현장에 적합한 방안이다.

현재 신재생에너지 분류는 대체에너지 개발 초기단계의 분류체계라 할 수 있다. 즉 대체에너지가 아닌 미래 청정에너지로 화석에너지를 대체하는 신구에너지의 복합체라는 의미다.

특히 수소전지산업은 연료전지 그리고 수소 수송저장 및 충전설비 부품생산과 조립공정의 로봇화을 위해 하나의 독립산업으로 가능하게 됐다는 것.

독립된 수소전지산업의 청사진은 화려하다. 최근 화두가 되는 AI 및 Chat GPT 기술이 수소전지산업 분야에 우선적으로 이용될 것 같다. 왜냐하면 수소전지나 Chat GPT 기술분야가 아직 초기단계 기술이며, 상용화까지는 실용화 연구가 많이 필요한 기술분야이기 때문이다.

두 분야는 엄청 많은 데이터(Data)를 저장한 데이터센터의 지원이 필요하다. 그리고 기업이 이 데이터를 잘 이용하면 원자력발전과 더불어 전력공급의 양대축이 될 것이며, 동시에 동절기 난방 온수공급의 에너지기업이 될 것으로 보인다. 또한 하절기 냉열 공급은 보다 개선된 히트펌프(Heat Pump) 기술이 대안이 될 것이다.

수소전지용 수소는 기존의 물전기분해 대신 소형원자로모듈 또는 온도제어가 가능할 경우 개량핵융합로에서 ‘C-H Bindung 전자적 에너지’를 초월한 순간 충격 전압으로, C-H 결합붕괴를 유도한 수소생산이 가능해 질수도 있을 것이다. 그리고 이온교환형 멤브레인 분리막을 이용한 수소생산분리공정은 메탄화학의 희망이자 꿈이다.

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