수소연료전지 기술현황 및 활성화 방안

문서 내 토픽

1. 수소경제

수소가 에너지 통화의 하나로 자리잡는 사회로, 수소를 에너지원으로 하는 경제체제를 의미한다. 수소경제사회의 실현은 고효율의 연료전지를 활용하여 에너지 사용을 절감하고 에너지 해외의존도를 경감하여 에너지 안보를 실현할 수 있으며, CO2 배출이 없는 수소를 사용하여 환경오염을 줄일 수 있다.
2. 수소 특성, 생산, 저장 이송

수소는 지구상 가장 많이 존재하는 물질이며, 무색 무미, 무취, 무독성 금속 취성이 있다. 수소는 국가 에너지원으로서 안정적인 수급을 위한 생산거점기지 구축과 대량 생산 체계구축이 필요하다.
3. 연료전지 개요 및 열역학

연료전지는 외부에서 연료(수소)와 공기(산소)를 공급하여 화학전지 반응을 통하여 전기, 열 그리고 물을 얻을 수 있는 발전 장치이다. 연료전지의 기본 구성은 연료극/전해질층/공기극으로 접합되어 있는 셀이며, 다수의 셀을 적층하여 스택을 구성함으로써 원하는 전압 및 전류를 얻을 수 있다.
4. 연료전지 PAFC, MCFC, SOFC 특성

연료전지 종류에는 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC) 등이 있다. 각 연료전지 종류는 작동 온도, 전극 재료, 전해질 등의 특성이 다르다.
5. 연료전지 Hybrid 및 정책

연료전지 발전시스템 향상을 위해 하이브리드 시스템이 개발되고 있다. 정부는 신재생에너지 기술 개발 및 이용보급 기본계획, 신재생에너지 공급 의무화제도(RPS), 수소 발전의무화 제도 도입 등의 정책을 통해 연료전지 보급을 지원하고 있다.
6. 발전용 연료전지 시장 및 보급

발전용 연료전지 시장은 미국과 한국의 정책에 의해 주도되고 있으며, 국내에서는 RPS 정책의 영향으로 2017년 기준 누적 설치용량이 251MW로 전체 신재생에너지 설비 대비 1.6% 수준이다. 연료전지는 분산발전에 적합한 특성을 가지고 있어 향후 보급이 크게 기대되는 발전 방식이다.
7. 수소연료전지 안전

수소는 가벼워 누설되어도 바로 공중으로 날아가며, 산업현장에서 수십 년간 사용되어 왔다. 전문기관의 종합적인 위험 수치 평가에 따르면 수소의 위험도는 도시가스보다 낮은 것으로 확인되었다.
8. 자동차 연료전지 기술 및 보급

수송용 연료전지는 수소와 공기 중의 산소를 연료로 전기를 발생시켜 모터를 통해 차량을 구동시키는 시스템으로, 탈석유 시대에 유력한 대안이 되고 있다. 수소인프라 구축 및 연료전지자동차 가격 문제 등으로 아직 실질적인 보급이 이루어지지 않고 있지만, 향후 빠른 속도로 시장이 확대될 전망이다.
9. 연료전지 문제점 및 보급 활성화 방안

연료전지의 문제점으로는 제조 원가 개선 한계, 열 활용분야 신재생에너지 활용도 부족, 분산전원에 따른 사회경제적 merit 인정 필요, 수소 공급 인프라 부족 등이 있다. 이를 해결하기 위해 정부정책의 일관성 유지, 자가용 연료전지에 대한 인센티브 조항 신설, 국내 산업생태계 구축을 위한 R&D 지원 확대, RPS 의무화 시장 확대, 건물용 연료전지 민간의무화 시장 확대 등의 방안이 필요하다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 수소경제

수소경제는 화석연료 의존도를 낮추고 친환경 에너지 체계로 전환하는 데 있어 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 수소는 연소 시 온실가스를 배출하지 않고 재생에너지원을 활용하여 생산할 수 있어 지속가능한 에너지원으로 주목받고 있습니다. 하지만 아직 수소 생산, 저장, 운송 등 기술적 과제와 경제성 확보가 필요한 상황입니다. 정부와 기업의 지속적인 투자와 기술 개발, 인프라 구축, 정책적 지원이 필요할 것으로 보입니다. 또한 수소 경제 활성화를 위해서는 수소 안전성 확보, 사회적 수용성 제고 등 다양한 측면에서의 노력이 요구됩니다.
2. 수소 특성, 생산, 저장 이송

수소는 가장 가벼운 기체로 에너지 밀도가 높고 연소 시 온실가스를 배출하지 않는 친환경적인 특성을 가지고 있습니다. 하지만 극저온 상태로 저장해야 하고 누출 위험이 있어 안전한 저장 및 운송 기술 개발이 필요합니다. 현재 주로 화석연료 기반의 수소 생산 방식이 사용되고 있지만, 향후 재생에너지를 활용한 수소 생산 기술이 중요해질 것으로 보입니다. 수소 생산, 저장, 운송 등 수소 인프라 구축을 위한 정부와 기업의 지속적인 투자와 기술 개발이 필요할 것으로 판단됩니다.
3. 연료전지 개요 및 열역학

연료전지는 수소와 산소의 화학반응을 통해 전기를 생산하는 장치로, 높은 에너지 효율과 친환경성으로 주목받고 있습니다. 연료전지의 작동 원리와 열역학적 특성을 이해하는 것은 연료전지 기술 개발에 매우 중요합니다. 연료전지 시스템의 효율 향상, 내구성 및 신뢰성 제고를 위해서는 연료전지의 열역학적 특성에 대한 심도 있는 연구가 필요할 것으로 보입니다. 또한 다양한 연료전지 유형별 특성 및 장단점에 대한 이해도 중요할 것으로 판단됩니다.
4. 연료전지 PAFC, MCFC, SOFC 특성

PAFC, MCFC, SOFC 등 다양한 유형의 연료전지는 각각 고유한 특성을 가지고 있습니다. PAFC는 상대적으로 낮은 운전 온도와 내구성, MCFC는 높은 효율과 연료 유연성, SOFC는 높은 효율과 내구성 등의 장점을 가지고 있습니다. 이러한 연료전지 유형별 특성을 이해하고 적용 분야에 맞는 최적의 연료전지를 선택하는 것이 중요합니다. 또한 각 연료전지 유형의 기술적 과제를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 필요할 것으로 보입니다.
5. 연료전지 Hybrid 및 정책

연료전지 기술은 단독으로도 활용될 수 있지만, 다른 에너지 기술과의 하이브리드 구성을 통해 시너지 효과를 창출할 수 있습니다. 예를 들어 연료전지와 태양광, 풍력 등 재생에너지원을 결합하거나 연료전지와 배터리를 결합하는 등의 하이브리드 시스템을 구축할 수 있습니다. 이를 통해 에너지 효율 향상, 안정적인 전력 공급, 비용 절감 등의 효과를 기대할 수 있습니다. 정부의 정책적 지원과 규제 완화, 인프라 구축 등이 연료전지 하이브리드 시스템 보급 확대에 중요한 역할을 할 것으로 판단됩니다.
6. 발전용 연료전지 시장 및 보급

발전용 연료전지는 높은 에너지 효율과 친환경성으로 인해 전력 생산 분야에서 주목받고 있습니다. 특히 분산형 전원 공급, 열병합 발전 등 다양한 활용 분야에서 연료전지의 장점이 부각되고 있습니다. 그러나 아직 초기 시장 단계로 기술 개선과 가격 경쟁력 확보가 필요한 상황입니다. 정부의 정책적 지원, 기업의 지속적인 투자와 기술 혁신, 인프라 구축 등이 발전용 연료전지 시장 확대와 보급 활성화에 중요할 것으로 보입니다. 또한 사회적 수용성 제고를 위한 노력도 병행되어야 할 것으로 판단됩니다.
7. 수소연료전지 안전

수소연료전지는 수소 취급에 따른 안전성 확보가 매우 중요합니다. 수소는 가연성이 높고 폭발 위험이 있어 안전한 저장, 운송, 사용을 위한 기술 개발이 필요합니다. 연료전지 시스템 내 수소 누출 방지, 화재 및 폭발 예방, 사고 대응 매뉴얼 등 다양한 안전 기준과 규제가 마련되어야 합니다. 또한 수소 인프라 구축 및 운영 과정에서의 안전성 확보, 사용자 교육 등 종합적인 안전 관리 체계 구축이 중요할 것으로 보입니다.
8. 자동차 연료전지 기술 및 보급

자동차 연료전지는 친환경성, 높은 에너지 효율, 장거리 주행 등의 장점으로 미래 자동차 시장에서 주목받고 있습니다. 하지만 아직 높은 초기 투자비용, 내구성 및 신뢰성 확보, 수소 인프라 부족 등의 과제가 존재합니다. 정부와 기업의 지속적인 기술 개발과 투자, 수소 충전소 확대 등 인프라 구축, 구매 보조금 및 세제 혜택 등 정책적 지원이 필요할 것으로 보입니다. 또한 일반 소비자의 수용성 제고를 위한 홍보와 교육도 병행되어야 할 것으로 판단됩니다.
9. 연료전지 문제점 및 보급 활성화 방안

연료전지 기술은 높은 에너지 효율과 친환경성으로 주목받고 있지만, 아직 해결해야 할 기술적, 경제적, 사회적 문제점이 존재합니다. 주요 문제점으로는 높은 초기 투자비용, 내구성 및 신뢰성 부족, 수소 인프라 미흡, 안전성 우려, 사회적 수용성 부족 등이 있습니다. 이를 해결하기 위해서는 정부와 기업의 지속적인 R&D 투자, 생산 규모 확대를 통한 가격 경쟁력 확보, 수소 인프라 구축, 안전 기준 마련, 정책적 지원, 대국민 홍보 및 교육 등 다각도의 노력이 필요할 것으로 판단됩니다. 이를 통해 연료전지 기술의 보급 활성화와 보편화를 이루어나갈 수 있을 것으로 기대됩니다.

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