전기는 문명을 유지시켜주는 중요한 에너지 원이다. 수소가 주요한 에너지원으로 중심을 잡고 있을 때 전기에너지 역시 같은 역할을 수행할 것이다. 그러면 수소에너지 시대에 전기생산(발전)은 무엇으로 해결할 수 있을까? 바로 연료전지이다. 연료전지는 정치형 분산발전소, 그리고 수소전기차의 엔진 역할을 하고 있다.
연료전지는 수소와 산소를 전기화학적으로 결합하여 전기와 물을 생산하는 기기이다. 연료전지를 실용화하여 상업화하는 데는 미국의 항공우주국인 NASA가 크게 이바지했다. 우주, 특히 달을 탐사할 때 우주선에 수소와 산소를 싣고가 우주에는 없는 물과 동력을 얻어야 하므로 연료전지는 우주선에 반드시 필요한 기기인 것이다.
최초의 연료전지 이론을 실험으로 증명한 사람은 1839년 영국 로얄아카데미 회원이면서 법률가였던 그루부(William Grove)경이다. 그루부경은 황산수용액으로 수소를 만든 후 이를 다시 산소와 결합시켜 연료전지를 시험했다. 이후 1889년 백금 촉매를 이용한 진정한 수소-산소 연료전지가 만들어지면서 커다란 발전을 이루게 된다. 바로 이때는 화석연료에 기반한 자동차 엔진과 화력발전이 개발되는 시기와도 일치하게 된다. 이후 시험을 거듭하면서 발전하던 연료전지는 1960년대 우주개발이 시작되어 우주선 전원으로 사용되면서 본격적인 실용화가 시작됐다. 이어 1970년대 후반 우주개발이 주춤해지자 다양한 형태의 발전용 연료전지가 개발되면서 상업화가 시작됐다. 자동차에 적용하는 연료전지 기술개발도 이때부터 본격적으로 이루어졌다.
국내에서는 1989년 외국의 연료전지 발전설비를 도입, 실증시험을 시작하면서 기술개발 및 도입이 본격화되었고, 자동차용 연료전지 역시 이때 국산화가 시작됐다. 국내 발전용 연료전지의 보급은 올 8월 현재 약 380MW, 자동차 보급은 3000대 정도로 이미 전 세계의 연료전지 발전기술을 리드하고 있다.
100년이 넘는 연료전지 발전기술은 효율성 및 무공해라는 특성 때문에 근래들어 새롭게 각광받고 있다. 100여년전 화석연료 연소기반 발전기술 대신 수소기반 전기화학적인 연료전지 발전기술에 기반을 두었더라면 ‘공해, 온난화 문제 등을 피하면서 삶의 질이 향상된 에너지 사회가 되지 않았을까?’라는 생각을 해본다. 임희천 수소지식그룹컨설팅Lab 소장·수소산업협회 기술부회장