물(水)에서 유(油)를 창조한다!

콩기름, 연료전지, 태양열의 공통점은? 

머지않아 고갈 위기에 처한 석유를 대체할 만한 신개념의 에너지라는 점이다. 이 중 대기중에 무궁무진한 산소와 수소를 이용하는 연료전지는 자연이 우리에게 주는 ‘선물’로까지 불려진다. 새로운 에너지 발굴을 위해 ‘총성없는 전쟁’을 벌이는 세계 여러 나라가 왜 연료전지에 주목하는지, 그 실체를 살짝 들여다 본다. 

연료전지가 각광받는 이유는 고효율과 무공해 에너지원으로 미래의 에너지 문제와 공해 문제를 해결할 수 있기 때문이다. 먼저 연료전지를 만드는 원리를 살펴보면, 연료전지는 수소와 산소를 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 발전장치라고 할 수 있다. 물을 전기분해 해 ‘수소와 ‘산소를 얻을 수 있다는 것은 누구나 아는 사실인데, 연료전지는 그 역반응을 이용하는 것이다. 즉, 수소와 산소를 반응시켜 물을 만들고 이 과정에서 전기를 얻는다.우주에 가장 많이 존재하는 두 원소를 활용하기 때문에 자원 고갈 걱정이 없다. 현재는 천연가스나 메탄올 등을 이용해 연료전지를 개발하지만, 진짜 수소와 산소를 이용한 연료전지를 얻을 수 있는 날도 머지 않았다. 기존의 다른 화학 에너지가 이산화탄소 등 유해 물질을 배출하는 것과 달리, 연료전지가 부산물로 배출하는 것은 오직 물(H2O) 뿐이다. 따라서 공해가 없다. 

반응 과정이 간단해 소음도 거의 없다. 간단한 원리에 비해 열효율은 최고 65~70%나 돼 기존 내연기관보다 2~3배나 월등하다. 연료전지를 ‘환경친화적 에너지라고 부르는 이유가 여기에 있다. 연료전지는 우리의 생활 곳곳에서 그 모습을 드러내고 있다. 상용화를 향해 치닫는 연료전지차는 연료전지에서 생산된 전기로 구동된다. 수소를 연료로 사용하기 때문에 물 이외의 배기가스가 발생하지 않는 무공해 환경친화 차량 대접을 받는다. 현대인의 생활에 없어서는 안될 필수품인 노트북과 휴대폰도 연료전지를 통해 더욱 강력한 ‘생명력’을 충전한다. 일본 NEC가 개발한 노트북 PC에 내장 가능한 소형 연료전지를 사용하면 옥외에서 전원 공급 없이도 40시간 계속해서 컴퓨터를 사용할 수 있다. 현재 사용중인 리튬 이온 전지의 연속 사용 가능 시간이 4시간에 불과한 것을 감안하면 ‘획기적인 일’이다. 최근 미국에서는 수소를 이용한 연료전지로 구동되는 스쿠터가 선보이기도 했는데, 이처럼 소형 배터리 시스템을 대신할 수 있는 미래의 기술로서의 연료전지의 위상은 점차 높아져가고 있다고 할 수 있다. 

‘No.1 차세대 에너지’로 꼽히는 연료전지에도 단점이 있을까? ‘완벽한 기술은 없다’는 진리가 연료전지에도 통한다. 수소 연료전지 때문에 대기의 화학 조성이 바뀔 수 있다는 조심스러운 예측과 함께, 수소의 저장방법, 부품사용에 있어서 다른 시스템과의 충돌 가능성, 전지 사용시간 등 아직도 풀어야 할 몇가지 과제들이 남아 있다. 19세기 후반부터 인류 에너지사의 주류였던 석유 대체의 길이 멀고도 험하다는 것을 입증하는 사례가 아닐 수 없다. (과학향기 편집부)

출처 : KISTI의 과학향기