수소 연료전지의 개요

수소 연료전지의 개요

수소연료전지는 수소를 연료로 전기에너지를 발생시키는 발전장치를 말한다. 일반화학전지와 달리 오염물질을 배출하지 않아 친환경에너지에 속하고 소음이 없다는 장점이 있다.

 

수소연료전지의 원리

일반적으로 물이 전기 분해되면 수소와 산소가 발생한다. 수소연료전지는 거꾸로 쓰인다. 석유나 가스 같은 물질에서 추출된 수소는 공기 중의 산소와 반응해 물과 에너지를 생성한다. 기존 화학전지와 달리 연료와 공기가 공급되면 지속해서 발전할 수 있다. 특히 기존의 터빈 발전 방식보다 다양한 장점이 있다. 먼저 에너지 효율이 높고, 소음이 낮고, 온실가스 발생이 적은 친환경 에너지에 속한다. 또 수소연료전지는 부피가 작고 공간 확보가 쉬워 다양한 분야에 적용할 수 있다. 수소연료전지는 주택부터 건설, 선박, 자동차, 드론 등 다양한 분야에 적용됐다. 2018년 현대차 넥소가 수소연료전지를 사용했고, 2019년 두산의 수소 드론이 등장하는 등 큰 주목을 받았다.

 

수소연료전지

연료 전지를 만드는 원리

연료전지는 2개의 전극과 수소이온을 전달하는 전해질막으로 구성돼 있다. 한 전극은 수소 산소이며 다른 분리된 분자는 각각 수소 이온과 전자로, 수소 이온 전극은 전해질에서 전극 회로로 이동해 산소로 이동한다. 산소 측 전극에서는 수소 이온과 산소가 결합해 물을 형성한다. 이 과정을 통해 전기에너지로 변환되어 여러 직렬을 연결함으로써 원하는 전압을 만들 수 있다. 이때 발생한 전기가 에너지로 쓰이고 물이 배출되기 때문에 연료전지가 친환경적이다. 연료전지는 순수하게 화학반응으로 물을 만들기 때문에 화석연료처럼 이산화탄소 같은 오염물질은 발생하지 않는다. 수소연료전지는 내연기관이 아닌 수소를 연료로 하는 연료전지를 이용해 모터를 작동시킨다. 우선 안전한 수소탱크에 저장된 수소가 수소공급시스템에 따라 고압에서 저압으로 바뀌어 연료전지 스택으로 이동한다. 차량 앞쪽에서 들이마신 공기가 고성능 공기필터를 통과하면서 순수한 산소로 변하면서 연료전지 스택 내의 수소와 결합해 폭발을 일으킨다. 발전된 에너지는 배터리 시스템으로 자동차를 몰기 위해 움직인다. 휘발유 자동차가 휘발유를 태울 때 화학 에너지를 방출해 발생하는 열을 이용하는 것과 같은 원리다. 연료전지는 저온형과 고온형으로 나뉜다. 저온형은 주로 자동차나 선박 운송에 사용되고 고온형은 공장이나 산업현장에서 사용된다. 수송용 연료전지는 연료전지의 효율성과 환경 친화성이 높고 내연기관차와 같은 성능을 유지할 수 있어 자동차 회사들이 다퉈 개발에 나서고 있다. 또 하나의 큰 매력은 성능 저하 없이 저속이다. 수송용 연료전지는 공기 공급이나 냉각을 위해 압축기와 펌프만으로 소음을 발생시키기 때문에 내연기관차보다 훨씬 조용한 주행을 제공한다. 완성차 업체들이 수소 전기차의 인프라 공급에 대규모 투자를 결정하는 이유다.