에너지연, 연료전지 친환경 산업화 '기준' 제시...“친환경적 핵심 소재 제작 기술 필요해”

관련 성과를 낸 연구진. 왼쪽부터 김재희 학생연구원, 강성민 박사, 황은비 학생연구원, 윤수빈 학생연구원, 백동현 박사.

한국에너지기술연구원(원장 이창근)은 강성민 울산차세대전지연구개발센터 박사팀이 고체산화물 연료전지 전주기 환경영향을 정량 분석하고 친환경 제작 기준 데이터를 제시했다고 29일 밝혔다.

고체산화물 연료전지는 수소·산소 반응으로 전기를 생산하는 장치로, 탄소를 배출하지 않는 친환경 기술이다. 하지만 전지 생산 중 토양 산성화 등을 유발하는 물질이 배출될 수 있어 궁극적인 친환경과 성공적인 산업화를 위해 전주기 환경영향을 정확하게 평가하는 기준이 필요하다.

그럼에도 명확한 평가 기준과 규제가 마련되지 않은 상태인데, 연구진이 원자재 채취부터 제작까지 전 과정 환경영향을 분석, 문제가 되는 소재의 배출량을 정량화했다.

고체산화물 연료전지는 연료전지 셀을 지탱하고 안정성을 제공하는 지지체 종류에 따라 연료극지지형, 전해질지지형, 금속지지형으로 분류된다. 연구진은 1킬로와트 출력 조건을 가진 세 분류 연료전지를 단위 전지, 스택으로 구분해 각각 환경영향을 분석했다.

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

연구진은 이 결과가 각 연료전지 핵심 소재인 니켈, 이트리아 안정화 지르코니아, 스테인리스 스틸 사용에 기반한다고 밝혔다. 지금 같이 별도 규제가 없는 경우 고체산화물 연료전지 전면 상용화 시 환경 문제가 야기될 것으로 전망했다.

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.

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.

이번 연구는 '저널 오브 인바이러먼털 케미컬 엔지니어링' 2월호에 게재됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com