2. 국내ㆍ외 기술개발 현황 및 동향

(1) 해외 현황

○ 기술동향 및 수준

• 미국은 1970년대, 일본은 1980년대 초부터 본격적인 개발에 착수

- 1839년 영국의 W.R. Grove가 발명, 1952년 F.T.Bacon이 베이컨 전지를 개발하여 특허를 취득한 후 미국에서 이 특허를 개량하여 1969년 아폴로 11호에 탑재하였음

• 인산형

- 1990년대 중반 미국 ONSI사에서 200㎾급 발전시스템을 북미, 아시아, 유럽에 2000년까지 총 206대를 보급(구입비의 1/3 정부보조, 1대당 80만$)하였으며 11MW급 실증시험 중

- 일본은 50∼200㎾급 모델시판 및 7.5MW급 실증시험 중

• 용융탄산염형

- 미국은 '99년도에 280㎾급 모듈 및 2㎿급 발전시스템(산타클라라) 실증완료하고 자국의 지자체 또는 유럽에서 1MW급을 실증 시험할 예정 (실용화단계)

- 일본(1MW 실증시험 완료), 이태리(500㎾급 스택개발)가 집중투자

• 고체산화물형 : 250㎾급 발전시스템 실증시험 중

- 최근에 가정용, 자동차용 등의 소용량의 연구가 대용량과 함께 선진국을 중심으로 연구가 진행되고 있음

• 고분자전해질형

- 미국, 캐나다가 기술을 선도하고 있으며 100㎾급 이하의 자동차용과 7.5㎾급을 가정에 보급하여 실증시험 중

- 자동차용, 이동용, 가정용, 분산전원용 등으로 이용범위가 광범위하여 향후 가장 먼저 실용화가 예상되는 분야로 최근에 선진국에서 집중투자를 하고 있음

○ 기술개발현항 및 분석

• 선진국 연료전지기술은 이미 실증연구 및 실용화단계에 와 있으며, 미국과 일본이 실용화 기술을 보유하고 있는 실정

- 정부가 적극 지원, 기업이 모든 기술을 보유하고 있기 때문에 핵심기술은 기업 비밀로 되어있는 상황

- 실용화단계 : 인산형으로 100kW, 200kW급 분산형 전원으로 전 세계적으로 200기 이상 보급되어 있고 MW급 발전소를 실용화 추진 중이며, 고분자 전해질형은 7.5kW급이 가정용으로 실증단계를 거쳐 실용화 단계에 있음

- 실증연구단계 : 용융탄산염형으로 250kW급을 모듈형으로 2∼11 MW급 발전플랜트 실증 실험을 완료

- 기술개발단계 : 고체산화물형으로 250kW급 모듈형 개발

• 기존 기술과 경쟁성 확보를 위해 설비 단가를 감소시키는 등 경제성 확보에 주력하고 있는 상황

- 저가격화 : 재료 저가격화, 부품 공용 및 표준화, 유지 및 운전비용 저감, 열병합화, 중량 및 크기 축소 등

- 스택 개선 : 구성소재 개선, 전력밀도 개선, 신뢰성 향상, 수명향상

- 발전시스템 개선 : 개질기(LNG, LPG, 메탄올, 바이오가스 등 연료 다양화) 및 냉각시스템(수 처리장치 등) 등 주변기기 개선 적용 분야 확대 및 시장 개척

(2) 국내 현황

○ 기술개발현황

• 1985년부터 에너지기술연구소와 한전기술연구소 공동으로 5.9kW 인산 연료전지 본체를 수입하여 성능실험을 한 것이 효시임

• 1987년부터 6년 계획인 국책연구사업으로 2 kW급 인산형 연료전지 발전기 개발(과기부)

• 1996년부터 고분자 연료전지 연구가 시작되었고 한국에너지기술연구원이 주축이 되어 2001년 가정용 5kW급 고분자 연료전지 스택과 시스템을 개발하였음

• 2002년부터 상업화를 목적으로 (주)GS퓨얼셀이 주관이되어 더욱 컴팩트하고 성능이 향상된 3kW급 열병합 고분자 연료전지 시스템 개발을 완료하고 실증단계임

• 2004년부터 프로젝트형 기술개발로 자동차용, 가정용(RPG), 발전용, 소형 이동전원용 등 다양한 분야에 기술개발 추진중

• 연료전지 발전시스템 가격은 스택 30%, 개질시스템 30%, 전력변환기 및 BOP 40%로 구성

• 가정용 및 수송용 연료전지 모니터링 사업으로 신뢰성, 내구성 확보 및 초기시장 형성

• 인산형 : '89년부터 '92년까지 구성요소, 소재기술 등 기초연구를 완료하고 '93년부터 본격적으로 시스템 연구를 진행하여 현재 GS-Caltex에서 50kW급 발전시스템 실용화 연구추진 (2002 종료)

- 가스공사(1대, '94년) 및 현대중공업(2대, '98년)에서 미국제품인 200kW급 시스템을 수입('98)하여 운전연구를 완료

- 2006년 이후 50kW급 실용화가 가능하며 선진국과 5∼7년의 기술격차

• 용융탄산염형 : '89년부터 '92년까지 대학을 중심으로 기반기술연구를 완료하고 '93년부터 본격적으로 발전시스템 연구를 진행하여 현재 한전 전력연구원에서 100kW급 발전시스템 기술개발을 완료하고 250KW급 기술개발 추진중

- 효성중공업, 삼성엔지니어링이 참여기업으로 KIST, RIST, 대학이 위탁기관으로 공동연구를 수행

• 고체산화물형 : 쌍용양회에서 100W급 기술개발을 추진하였으나 실패하고 현재는 1KW급 가정용 기술개발이 진행중 (한전전력연구원)

• 고분자전해질형 : 추진된 연구과제는 실증 1과제 포함하여 7과제이고 가장 먼저 실용화가 예상되는 분야임

- 지식경제부 신재생에너지 사업의 하나로 1989년부터 대학 및 출연연구소 등을 중심으로 고분자전해질 연료전지에 대한 연구 시작

- 지식경제부 신재생에너지 사업의 하나로 1989년부터 대학 및 출연연구소 등을 중심으로 고분자전해질 연료전지에 대한 연구 시작

- 1~3㎾급의 실증 완료 후 신뢰성 및 내구성 확보를 위한 가정용 모니터링 사업 추진 중 (2011년까지 210대)

- 승용차용 80㎾, 버스용 200㎾급 연료전지자동차 개발 및 수소연료전지 자동차 모니터링 사업(2010년까지 34대) 추진 (현대자동차)

○ 향후 계획

• 용융탄산염형 : 대형 발전소, 대형건물 및 아파트의 분산전원용으로 이용

- 2009년까지 250kW급 외부개질형을 모듈화 하여 MW급 시스템을 개발할 수 있는 여건을 조성하여 실제 MW급 시스템 제작 및 운영은 발전회사에서 추진하도록 함

- 2007년부터 300kW급 내부개질형 MCFC 스택 및 시스템 국산화 기술개발 추진 (두산중공업)

• 고체산화물형 : 효율이 가장 우수한 연료전지로, 최근에 소·중·대형으로 모든 분야에 이용가능한 것으로 알려져 있으나 다른 연료전지에 비해 기술이 뒤쳐짐

- 2006년부터 5㎾급을 기술개발하여 가정용으로 실용화 모색 및 용량확대를 통하여 대형 발전용으로 연구 추진

• 고분자전해질형 : 가정용, 이동용, 자동차용 등으로 이용하며, 최근에 가장 진보된 기술로 가정용으로 기술 개발하여 보급

- 1㎾급 가정용 연료전지 모니터링사업 및 보급을 통하여 상용화를 위한 저가격화 실현 및 부품의 국산화율을 증대시켜 관련 산업 육성

- 80kW급 승용차 및 200㎾급 버스의 모니터링사업 및 보급을 통하여 경제성 확보 및 관련 부품산업 육성, 수소인프라 구축 등을 추진

• 직접메탄올형: 최근 휴대용 및 소형카트용 등으로 연구개발 중

- 우리나라는 IT기술 강국면모를 살려 핸드폰, 노트북 등에 적용할 1~100W급 이동용 전원 및 하이브리드형 스쿠터 기술개발 추진

[추진성과]

 

· 80㎾급 연료전지차 (현대자동차)

 

· 1kW급 가정용연료전지

 

· 50W급 노트북용 연료전지(엘지화학)

 

· 250㎾급 발전용연료전지 (Poscopower)

 

 

 

 

<출처> 에너지관리공단 신재생에너지센터