UNIST 사이언스월든의 생활형 연구시설 ‘과일집(과학이 일상으로 들어오는 집, 125동)’에 설치된 ‘고체산화물 연료전지(SOFC)’가 성공적인 시운전을 마치고 본격 가동에 들어갔다. 이는 국내 기술로 제작된 SOFC가 실생활에 적용된 최초 사례다.
이번에 가동을 시작한 SOFC는 연료전지 전문기업 ㈜미코가 UNIST와의 공동연구를 위해 설치한 것이다. 설치된 SOFC는 과일집에서 생산된 바이오 가스와 도시가스 라인을 이용해 시설 운영에 필요한 전력을 생산하게 된다. 발전용량은 2kW로, 이는 최대 4~5가구가 동시에 사용할 수 있는 규모다.
SOFC는 탄화수소를 원료로 공기 중 산소와 전기화학적 방법으로 반응시켜 전기를 만드는 고효율 장치다. 산소이온을 고체전해질로 통과시키면 화학반응을 통해 전기와 물, 열이 생산되는 원리를 이용한다. 수소를 따로 저장할 필요가 없는 안전한 전기 생산 장치이며, 발전과정에서 발생하는 오염물질이 적어 친환경적이다. 더불어 반응에서 배출되는 열을 따로 활용할 수 있고, 발전단가도 저렴해 차세대 에너지 생산기술로 주목받고 있다.
과일집에 설치된 2kW급 SOFC 투시(TUCY) | 사진: 김경채
과일집에 설치된 장비는 ㈜미코에서 제작한 ‘2kW급 투시(TUCY)’다. 2008년부터 자체 기술력을 바탕으로 SOFC 제작에 뛰어든 미코는 최근 투시의 발전효율을 국내 최고 수준인 51.3%까지 끌어올렸다. 또한 이 장치는 2018년 한국가스안전공사의 설계단계검사에 합격하며 판매 가능한 제품으로 인정받았다.
UNIST에서 SOFC 연구를 수행하고 있는 김건태 교수는 “일본 등 해외에서는 도시가스 인프라를 활용한 공공주택, 병원 등 상업용 건물의 SOFC 적용 사례가 증가하는 추세”라며 “이번에 적용된 SOFC 설비를 이용한 공동 연구개발로 국내 기술의 경쟁력을 끌어올릴 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 SOFC 설치 및 운영은 지난 2018년 12월 진행된 UNIST와 ㈜미코 간의 업무협약에 따른 후속작업이다. ㈜미코는 산업통상자원부 에너지기술개발사업으로 추진되는 ‘kW급 건물용 SOFC 시스템 실용화 기술개발 사업’의 일환으로 실 사용처에 대한 운전실증과 협력 연구를 진행하고 있는데, UNIST는 그 사용처 중 하나다.
UNIST와 ㈜미코는 설치된 장비의 실증을 통해 개선점을 찾고, 공동 기술개발을 통해 상용화 속도를 앞당긴다. 특히 김건태 교수팀이 최초로 개발한 ‘메탈-CO2 시스템’ 기술을 활용, SOFC의 발전과정에서 발생하는 이산화탄소를 완전히 제거하고 재활용하는 세계 최초 ‘CO2-free 전기발전 시스템’을 개발할 계획이다.
사이언스월든의 생활형 연구시설, 과일집의 모습. | 사진: 김경채
사이언스월든 최미진 교수는 “자연의 순환과 환경의 가치를 연구하는 과일집에서 차세대 친환경 에너지 연구가 진행되는 것은 큰 의미가 있다”며 “사이언스월든에서는 인분을 원료로 한 바이오 가스 생산 연구가 진행되고 있는데, 이 바이오 가스를 이용한 SOFC 기술 개발을 지속적으로 추진할 계획”이라고 밝혔다.
‘똥본위화폐’를 연구하고 있는 사이언스월든에서는 인분에서 바이오 가스를 생산하는 시스템을 개발하고 있다. 과일집에서 생산된 바이오 가스는 처리 작업을 거쳐 SOFC의 원료로 사용될 수 있는데, 이렇게 되면 인분으로부터 전기를 생산할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다. 이는 바이오가스와 SOFC 분야의 성공적인 협업의 성과가 될 것으로 기대된다.
