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“수소 대신 천연가스를 넣어도 전기를 만들 수 있는 연료전지 전극을 최초로 개발했습니다. 순수하게 UNIST에서 연구한 성과라서 수상의 기쁨이 더 큽니다.” 김건태 UNIST(총장 조무제) 에너지 및 화학공학부 교수가 10일 산업통상자원부에서 주관하는 ‘이달의 산업기술상’을 받았다. 천연가스와 LPG 등을 연료로 직접 쓸 수 있는 고체 산화물 연료전지(SOFC) 연료극 소재를 개발한 점을 인정받았다. SOFC는 수소를 연료로 사용해 전기를 만드는 연료전지다. 수소와 공기(산소)를 반응시켜 전기를 얻고 물만 배출시키므로 미래 청정에너지원으로 주목받고 있다. 김 교수팀은 이중층 페로브스카이트(double perovskite) 구조의 전극 소재를 개발해 기존의 문제점을 해결했다. 기존 SOFC는 순수한 수소를 얻는 과정이 필요해 상용화가 어려웠다. 그러나 김 교수팀이 개발한 소재로 만든 연료극은 프로판 가스를 직접 사용해도 높은 출력을 보였다.(850℃에서 1.3W/㎠ 출력) 또 세계 최초로 700℃에서 500시간 동안 전압과 전류가 떨어지지 않고 안정적으로 유지됐다. 김 교수는 “이 물질을 고체 산화물 연료전지에 적용할 경우 집집마다 연결된 도시가스를 이용해 발전할 수 있다”며 “전기를 생산하면서 폐열로 온수 공급도 가능해 전기세 절감은 물론 전력대란도 피할 수 있다”고 말했다. 그는 이어 “2009년 UNIST에서 연구실을 꾸릴 때부터 시작해 SOFC의 공기극(음극)부터 연료극(양극)까지 가장 효과적인 물질을 찾아왔다”며 “UNIST 학생들과 장비 등이 함께 어우러진 순수 UNIST 기술이라는 점에서 의미가 더 크다”고 덧붙였다. 김 교수는 이 기술과 관련해 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)를 비롯한 저널에 28편의 논문을 게재하고, 5건의 특허를 등록했다. 출원된 특허도 27건에 이른다. 이달의 산업기술상은 산업통상부 R&D 지원을 통해 개발된 우수 기술과 사업화 성공 기술에 대해 포상하는 제도다. 매월 수상자가 선정되며 시상식은 분기별로 열린다. 제11회 이달의 산업기술상 시상식은 7일 오전 11시 30분, 서울 양재동 엘타워에서 진행됐다. (끝) |
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[붙임] 김건태 교수와 일문일답 |
Q1. 간단한 수상 소감 부탁드립니다.A1. 먼저 ‘이달의 산업기술상’을 수상하게 돼 영광입니다. 각계각층의 많은 분들이 도와주셨기에 지금 같은 좋은 연구 결과가 나올 수 있었습니다. 특히 아낌없이 연구비를 지원해 주신 한국에너지기술평가원과 이번 연구를 함께한 저희 대학원생들에게 큰 감사의 인사를 드립니다. 그동안 연료전지 분야에 집중하면서 쌓은 실력과 이 과정에서 얻은 성과를 공정하게 평가해주신 것 같아 더욱 기쁩니다. 고체 산화물 연료전지 분야의 발전에 더 크게 기여할 수 있는 과학자, 교육자가 되라는 격려와 응원으로 받아들이겠습니다. 앞으로도 더욱 열심히 연구하고 가르치겠습니다. 감사합니다. |
Q2. 이번에 수상한 기술에 대한 간략한 소개 부탁드립니다.A2. 이 기술은 천연가스나 메탄, 프로판, 부탄 등의 탄화수소 연료를 직접 사용할 수 있는 고체 산화물 연료전지 연료극 물질을 개발한 것입니다. 고체 산화물 연료전지는 수수나 탄화수소를 공기와 반응시켜 전기를 발생시킵니다. 전기 외에는 물만 나오기 때문에 가장 이상적인 친환경 에너지원으로 손꼽힙니다. 게다가 다른 발전원에 비해 가격이 저렴하고 배출되는 열까지 활용하면 발전 효율은 95% 이상입니다. 신재생에너지 중에서 가장 뛰어난 셈입니다. 저희가 개발한 전극 소재는 수소뿐 아니라 탄화수소를 직접 써도 안정적이고, 성능도 높습니다. 700℃에서 프로판을 연료로 사용했을 때 탄소 침적이 일어나지 않았고, 500시간 이상 안전성을 평가한 결과, 전압이나 전류가 낮아지지 않았습니다. 지금까지 보고된 것 중에는 세계 최고 성과입니다. 또 수소나 프로판을 연료로 사용했을 때 기존보다 뛰어난 출력 성능과 안정성을 보였습니다. |
Q3. 이 기술이 상용화될 경우 어떤 미래가 펼쳐지게 되나요?A3. 지난해 세계 연료전지 시장은 1조 8000억 원 규모로 연평균 85% 성장세를 보였습니다. 미국 에너지성(DOE)도 2020년경 세계 연료전지 시장 규모가 400억 달러(44조원) 수준에 이를 것으로 전망했습니다. 이 중 발전용 연료전지 시장은 64억 달러(7조4000억 원)에 이를 전망입니다. 국내에서도 LG나 두산, 포스코에너지 등 대기업이 연료전지 제조 분야에서 시장을 선도하고 있습니다. 연료전지 수요가 증가하면서 연료전지 전성기가 다가온다는 기대감도 커지는 형편입니다. 이번 연구로 개발된 연료극 물질을 상용화 시스템에 적용하게 되면, 각 가정에 소형 고체 산화물 연료전지를 설치할 수 있게 됩니다. 이 시스템에서는 수소를 따로 공급할 필요 없이 이미 설치된 가스관을 통해 천연가스를 공급할 수 있습니다. 이로써 전기를 생산하고 이때 발생하는 폐열은 온수공급에 사용할 수 있을 겁니다. 이런 자가발전이 이뤄지면 전기세는 지금보다 절반 이하로 줄일 수 있으며, 해마다 반복되는 전력대란도 피할 수 있습니다. |
Q4. 상용화를 위해 남은 과제는 어떤 것이 있을까요?A4. 고체 산화물 연료전지를 대면적에서 구현하고, 발전 시스템을 적용해 검증하는 등 여러 관문이 남아 있습니다. 하지만 스텍(stack) 단위의 기술을 보유하고 있는 기업이나 연구기관과 협력한다면 머지않아 새로 개발한 연료극 물질을 사용한 고체 산화물 연료전지로 만든 전기를 써서 TV를 볼 수 있을 겁니다. 아울러 이 물질은 수소를 고효율로 생산할 수 있는 고체 산화물 수전해 전지와 리튬 공기 전지의 조촉매 등 에너지 생산 및 저장 시스템 등 다양한 분야에서도 응용할 수 있습니다. |
Q5. 순수하게 UNIST에서 연구한 기술이라는 점도 남다른 의미인 것 같습니다.A5. 그렇습니다. 이 기술은 UNIST가 있어서 나올 수 있었습니다. 최첨단 연구 인프라가 갖춰졌고, 연구할 의지가 있는 우수한 학생들이 함께 이뤄낸 성과입니다. ‘순수 UNIST 기술’이라는 면에서 더욱 기쁩니다. 이처럼 연구 인프라와 연구할 의지가 있는 교수, 학생이 화합할 수 있는 분위기가 UNIST의 큰 장점입니다. 특히 연구지원본부(UCRF)는 어디에 내놓아도 손색 없을 만큼 뛰어난 첨단 분석 장비를 보유하고 있어 연구에 큰 도움이 됩니다. |
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