천연가스를 연료전지에 직접 사용한다..생산원가 낮춰

[이데일리 이승현 기자] 국내 연구진이 참여한 국제 공동연구진이 고체 산화물 연료전지에서 천연가스(탄화수소)를 개질기 없이 직접 연료로 사용할 수 있는 기술을 개발했다.

연구진은 천연가스의 직접 사용으로 생산원가를 크게 낮출 수 있고, 성능과 안정성도 우수해 탄소 침적과 같은 기존 소재의 단점도 극복할 수 있다고 평가했다.

단일 페로브스카이트에서 이중층 페로브스카이트로의 상변화 그래프. 미래창조과학부 제공

미래창조과학부는 울산과학기술대(UNIST) 에너지 및 화학공학부 김건태 교수(교신저자)와 시바프라카쉬 생고단·최시혁 박사과정 등 연구팀이 이러한 연구성과를 재료과학 분야 국제 학술지인 ‘네이처 머티리얼스’ 온라인판에 23일자(한국시간)로 게재했다고 22일 밝혔다.

김건태 UNIST 교수

수소와 공기로 전기를 생산하는 고체 산화물 연료전지는 오염물질과 온실가스 배출을 크게 줄일 수 있고 발전효율도 95% 이상으로 매우 높아 차세대 에너지 기술로 주목받는다. 그러나 연료인 수소는 현재 대부분 탄화수소에서 만들기 때문에 연료생산 비용이 비싸고 저장이 어려운 문제점이 있다.

연구팀은 이에 천연가스와 메탄과 같은 탄화수소를 바로 연료로 사용하기 위해 이중층 구조의 페로브스카이트 물질을 개발, 새로운 연료극에 적용했다. 이중층 페로브스카이트 시스템은 열적·화학적 안정성이 높으며 전기 전도도와 산소 이온의 이동 속도도 빠르다.

실제 연구팀의 실험결과 개발한 전극소재를 섭씨 700도에서 프로판을 연료로 사용해도 탄소침적이 전혀 일어나지 않았다. 탄소침적은 탄화수소 연료를 직접 사용할 경우 분해과정에서 탄소가 발생, 연료극에 쌓여 반응공간을 줄이는 탓에 연료전지 성능을 저하시키는 현상이다.

또한 500시간 이상 연료전지를 작동해도 성능이 일정하게 유지됐다고 연구팀을 밝혔다.

연구팀은 새로운 연료극 물질이 고체 산화물 연료전지의 제작비용을 절감하는 하나의 핵심요소가 될 것으로 본다. 고체 산화물 연료전지의 수명이 향상되면 수년 안에 실용화도 가능하다고 덧붙였다.

김 교수는 “연구팀이 개발한 새로운 연료극 소재를 적용한 연료전지를 꼭 개발하고 싶다”고 말했다.

이번 연구에는 김 교수팀과 함께 동의대 신지영 교수와 영국 세인트앤드류스대 존 어바인 교수 등이 참여했다.