美, 연료전지차의 하이브리드차 대안 가능성

- 전기차의 이동거리 늘리기 위한 연구 진행 -

- 기존의 화석연료 응축한 고체산화연료전지는 대안 될 듯 -

□ 전기차의 단점, 짧은 주행거리

 ○ 전기차를 몰고 아주 먼 거리를 주행하고 싶다면, 쉐보레 볼트처럼 전기엔진 옆에 일반 기름으로도 구동하는 엔진이 필요하게 될 것임. 하지만, 만약 내연기관 엔진으로만 주행을 하게 되면 일반 차와 다를 게 없거나 오히려 무거운 전기배터리의 문제 때문에 연비 면에서 오히려 불리할 것임.

□ 전기차에 사용가능한 고체산화연료전지 개발 중

 ○ 메릴랜드 대학의 연구원들은 최근 가솔린 내연기관의 훌륭한 대체제가 될 수 있는 연료 전지를 개발했음. 다른 연료 전지와 같이, 이 연료 전지는 화학 작용을 통해 전기를 발생시키며, 내연기관보다 두 배나 많은 양의 전기를 생산할 수 있음.

 ○ 새로 개발된 연료 전지는 세라믹 전해액을 쓰던 기존 연료전지의 업그레이드 버전으로 고체산화 연료전지(solid-oxide fuel cell)로 불림. 보통 승용차에 쓰이는 수소연료전지와 달리 고체산화연료전지는 디젤, 가솔린, 천연 가스 등의 다양한 연료로 제작될 수 있음. 고체산화 연료전지는 처음에는 빌딩에 전기를 공급하기 위해 사용됐으며, 근래까지는 차에 대한 사용은 실용성이 없다고 여김. 그 이유는 고체산화연료전지가 너무 크고 섭씨 900도 이상의 고온에서만 작동하기 때문임.

 ○ 하지만 새로운 전해질을 개발하고 전지의 디자인을 바꿈으로써, 연구원들은 훨씬 소형의 전지를 만들어내는 데 성공했음. 이 새로운 전지는 같은 크기의 기존전지 10배에 달하는 전기를 생산할 수 있으며, 가솔린 엔진보다 작으면서도 더 많은 에너지를 생산할 수 있음.

□ 관건은 작용 온도 낮추기

 ○ 메릴랜드 대학 에너지 연구센터의 에릭(Eric Wachsman)씨에 따르면 연구원들은 연료전지가 작동하는 온도를 수백도나 낮추는데 성공해 연료 전지 관련한 재질의 비용 절감에 크게 성공했다고함. 그들은 실험을 통해 에너지 아웃풋을 크게 늘릴 수 있는 방법을 발견했으며 작동 온도를 더욱 더 낮추는 방법을 알아내었음.

○ 이러한 발견은 기존 가솔린 엔진과 비교해도 경쟁력이 있을 정도로 비용을 절감할 방법을 알아낸 것이라 할 수 있음. 에릭 씨는 자신이 이 신기술을 상용화하기 위해 회사를 설립할 것이라고 했음.

 ○ 에릭 씨와 그의 팀이 개발한 연료 전지는 현재 섭씨 650도의 온도에서 작동할 수 있으며, 그들의 최종 목표는 온도를 섭씨 350도까지 낮춰 자동차에 이용하는 것임. 연료전지를 절연하는 방법은 사실 그렇게 어렵지 않은데 그 이유는 연료 전지가 매우 작기 때문임(10cm 정도 크기의 연료 전지로 하나로 차량을 움직일 수 있음). 현재의 가장 큰 문제는 바로 높은 작동 온도로 연료전지 구성장치 안에 고온을 견딜 수 있는 고비용의 물질을 장착해야 하며, 또한 연료 전지가 작동 온도까지 도달하는데 상당한 시간이 걸리기 때문임. 연료 전지의 작동 온도를 낮춤으로써 Eric 씨와 그의 팀은 훨씬 저비용의 재질을 사용할 수 있으며 연료 전지가 작동온도까지 도달하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있을 것으로 기대.

□ 상용화 가능성

 ○ 연료전지의 작동온도를 크게 낮추는데 성공한다고 해도 연료 전지차의 상용화가 쉽게 되지는 않을 전망인데, 이는 기계의 잦은 작동과 중단 시에 연료 전지가 빨리 소모되기 때문임.

 ○ 연구원들은 고체산화전지의 중심부에 있는 전해질을 수정함으로써 최근의 연구 결과를 얻어내었음. 전해질은 충분히 두꺼워야 구조적 지지가 가능하지만 전해질이 두꺼워지면 에너지 생산에 제한이 생기는 문제가 있음. 최근 몇년간 연구원들은 전해질이 전지를 지지하지 않아도 되도록 수정함으로써 전해질을 얇게 만들어 에너지 생산량을 늘리는 방법을 개발 중임. 메릴랜드 대학의 연구원들은 이러한 방법을 더욱 획기적으로 개발해 여러 가지 층을 가진 전해질을 만들어 에너지 생산을 훨씬 더 높이는 시도를 하는 중

 ○ 미국 에너지성은 이러한 연구를 대대적으로 지원하는데, 이는 고체산화 연료전지를 훨씬 실용적으로 만들기 위함임. 하지만 아직 자동차에 상용화되기 위해서는 많은 노력이 필요함.

 ○ Delphi나 Cummins와 같은 장비 공급업체들은 에어컨, TV, 전자레인지 등을 차량 운전석에서 가동시킬 수 있는 연료 전지를 개발 중임. 이는 엔진을 그냥 공회전하게 두는 것에 비해 85%나 되는 연료절감효과를 낼 특징이 있음. 현재 델파이사에서 개발한 시스템 역시 얇은 전해질을 이용할 수 있게 하는 시스템이나  에릭 씨가 개발한 연료전지에 비해서는 훨씬 더 높은 작동온도를 가짐. 델파이 사는 현재 연료전지의 시제품을 만들었으며, 자사의 시스템을 내년에 실제 트럭에 시험할 예정임.

□ 시사점

 ○ 기름차량, 하이브리드차량, 전기차량으로 가는 자동차 연료 패러다임에 고체산화 연료차량이 등장할 것으로 기대

 ○ 발달된 배터리기술을 가진 국낸 업체들은 고체산화연료와 기존 전기차 배터리의 발전 가망성을 면밀히 판단한 뒤에 선택과 집중을 통해 실용적인 전기차 시대를 준비해야 할 것임.

 ○ 전기배터리, 고체산화연료배터리 등이 미국 대학에서 개발되는 시점에 한국도 정부, 기업, 대학이 협력해 세계시장을 선도할 수 있는 미래에너지 개발에 힘써야 할 것임.

자료원: Technology Review, Clean Technica, KOTRA 디트로이트무역관 종합