연료 전지를 중심으로 한 새로운 에너지 발전 시스템

- 글로벌 코몬즈 5 -

요즘 들어 “연료 전지”라는 말을 자주 듣게 됩니다. 영어로는 <Fuel Cell>이라고 합니다. 화력발전이나 가솔린엔진 자동차와 같은 화석연료를 태워 에너지를 얻는 현재의 방식은 대량의 이산화탄소를 배출해 대기오염·지구 온난화를 초래하는 것으로 이미 잘 알려져 있습니다.


새로운 에너지 발전 플랜트


MCFC(글로벌 코몬즈 5의 1F에 설치)

한편 클린에너지로 불려지는 오염물질의 배출이 적은 에너지 기술이 진전되어 왔습니다. 잘 알려진 것으로 풍력 발전·태양광 발전 등이 있으나 그 중의 하나로 이 “연료 전지 발전”이 있습니다.

박람회 회장에서는 글로벌 코몬즈 5에 있는 NEDO 파빌리온에서 NEDO 기술개발 기구가 실시하는 새로운 에너지 등 지역 집중 실증 연구의 일환으로서 연료 전지 발전 등을 조합한 새로운 에너지의 실증 실험을 실시합니다. 연료 전지는 기본적으로 수소와 산소로부터 전기를 만들어 내는 것은 같으나 5종류 정도의 방식이 있으며 NEDO 파빌리온에서는 아래의 3종류의 방식을 실험합니다. (실증 실험의 자세한 사항은 실증 플랜트를 보시기 바랍니다.)

  1. 용해 탄산염형(MCFC=Molten Carbonate Fuel Cell)
  2. 고체 산화형 (SOFC=Solid Oxide Fuel Cell)
  3. 인산형 (PAFC=Phosphoric Acid Fuel Cell)

회장에서 배출된 생활쓰레기 등에서 메탄을 발효시켜 수소를 추출하고 연료 전지로 발전하여 그 전기를 나가쿠테닛폰칸 전관과 글로벌 코몬즈 5의 일부에 공급합니다. 예상 소비 전력은 약 2,200kW로 그 중 2/3의 전력을 연료 전지로 발전해 공급합니다. 서 게이트 부근의 글로벌 루프에서 내려다 보면 글로벌 코몬즈 5의 건물 옆에 화학 플랜트와 같은 설비가 보이는데 이것들이 연료 전지 발전을 중심으로 한 “새로운 에너지 발전 플랜트”입니다. 이것은 연료 전지 발전 설비 외에 연료를 얻기 위한 메탄 발효 시스템, 고온 가스화 시스템(목질을 고온에서 가스화함) 그리고 발전된 전기를 저축해 두기 위한 NaS 전지 전력 저장 시스템 등으로 구성되어 있습니다.

연료 전지 발전은 화석연료를 태워 발전하는 것에 비하여 고효율로 저소음·저진동, 이산화탄소 등의 배출이 적은 등 환경친화적인 가까운 미래의 기술입니다.

글로벌 코몬즈 5 이외에도 연료 전지로 발전하여 파빌리온 전력의 일부를 조달하는 실험을 합니다. 꼭 들러 보셔서 장래의 발전이 어떻게 변화해가는지 실감해 보시기 바랍니다.

연료 전지

여러분은 “전지”라고 하면 어떤 것을 떠올리십니까?

아마 대부분의 분들께서는 회중 전등이나 텔레비전의 리모컨 등에 사용되는 원통형의 것을 떠올리실 것입니다. 자동차의 경우는 “배터리”라고 부르고 있는데 그것도 훌륭한 전지입니다. 우리 주변에 있는 이러한 전지를 분류해 보면 크게 2가지로 나눌 수 있습니다.

  • 1차 전지 : 충전할 수 없는 일회용 전지 (망간전지, 알칼리전지 등)
  • 2차 전지 : 충전해 반복 사용할 수 있는 전지 (납전지, 니켈수소전지 등)

이것들은 취급도 용이하여 생활 속에 융화되어 자연스럽게 사용되고 있는 제품이라고 할 수 있습니다.

한편 새로운 형태의 “전지”라고 불려지는 것이 출현하였습니다. “태양 전지”와 “연료 전지”입니다. 같은 “전지”라는 용어가 붙어 있으나 1차·2차 전지와는 개념이 다르다고 할 수 있습니다. 영어로 표기하면 1차·2차 전지의 경우는<battery>, 태양 전지는<solar cell>, 연료 전지는<fuel cell>입니다. 한국어로는 같은 “전지”라도 영어로는 <battery>와 <cell>로 나뉘어 연료 전지가 어딘지 모르게 알기 어려운 요소가 있는 것 같습니다.

그러면 연료 전지를 알기 쉽게 해설해 보겠습니다.

초등학교의 자연 시간에 실시한 “물의 전기 분해”를 생각해 주시기 바랍니다. 물속에 2개의 금속판을 담그고 그 사이를 전지로 연결하면 마이너스측에서는 수소가 그리고 플러스측에서는 산소가 발생합니다 실제로 연료 전지는 이와는 반대입니다.

[물의 전기 분해]

물 ＋ 전기 ---> 수소 ＋ 산소

[연료 전지]

수소 ＋ 산소 ---> 물 ＋ 전기

즉 수소와 산소로부터 전기(에너지)를 얻을 수 있는 것입니다. 또한 산소는 공기중에 있으므로 수소를 공급할 수 있으면 원리적으로는 발전을 할 수 있습니다. 배출물은 “물”뿐이므로 환경에 악영향을 미치지 않는다는 것은 말할 필요도 없습니다.

연료 전지란 수소와 산소로부터 물과 전기를 만들어 내는 장치를 말하는 것으로 1차·2차 전지와 같이 전기를 모아 두는 기능은 없습니다. 마찬가지로 태양 전지도 빛으로부터 전기를 만들어 내는 장치를 말하며 전기를 모아 두는 기능은 없습니다. <battery>와 <cell>의 차이가 여기에 있는 것입니다.

연료 전지의 실용화는 크게 3가지 분야에서 기대되고 있습니다.

  1. 자동차 : 일부 실용화가 개시. 연료 공급을 위한 “수소 스테이션”도 건설이 진행.(나가쿠테 회장과 세토 회장을 연결하는 “회장간 셔틀 버스”로 사용)
  2. 정치형 : 사업소나 가정 등 전기를 사용하는 장소에 설치해 발전.(글로벌 하우스, 가스 파빌리온, 원더 서커스 전력관에서도 사용)
  3. 휴대형 전자기기 : 모바일 PC 등 장시간 사용 기대 분야.(히다찌그룹관에서도 사용)

연료 전지의 원리를 더욱 자세하게 알기 원하시는 분은 NEDO 홈페이지를 보시기 바랍니다.