경동나비엔, ‘그린홈 연계형 건물용 SOFC 시스템 개발 및 실증’
생활환경 창조기업 경동나비엔(대표 최재범, www.kdnavien.co.kr)이 건물용 연료전지 시스템 개발 기술 확보로 콘덴싱 테크놀로지 대중화에 이어 가정용 열병합발전 시스템 개발의 선두주자로 나선다.
경동나비엔은 정부의 신재생에너지 융합원천 기술개발 사업인 ‘그린홈 연계형 건물용 SOFC 시스템 개발 및 실증’ 연구과제를 총괄 주관하는 기업으로 선정됐다고 1일 밝혔다.
지난 2009년 ‘초소형 가정용 1KW급 스털링엔진 열병합발전 시스템 개발’ 국책과제에 선정된 이후 가정용 열병합발전 시스템에 관련한 두 번째 쾌거로 차세대 녹색에너지 기기 개발에 더욱 박차를 가하게 됐다.
총 147억 4천만원 규모의 사업비로 올해 7월부터 2016년 6월까지 5년간 진행되는 이번 과제는 향후 연료전지 국가 로드맵에 부합하는 건물용 SOFC 시스템을 개발해 연료전지 보급에 기여하는 것을 목표로 하고 있다.
<SOFC 시스템 구성도>
해당 과제는 경동나비엔을 총괄 주관기업으로 경동네트웍, 코미코, H&Power, K-세라셀 및 LTC 등 연료전지 관련 기업과 KIST, KAIST, 한국세라믹기술원, 한국가스안전공사, 국민대학교, 한양대학교 등 연구기관 및 학교로 구성된 컨소시엄이 맡아 진행하게 된다.
건물용 SOFC 시스템은 기존 보일러 대신 발전효율이 높은 고온형 연료전지인 SOFC 방식과 열효율이 높은 콘덴싱보일러를 통합해 전기, 온수, 난방에너지를 동시에 공급함으로써 발전효율 40%, 총괄효율 80%이상을 실현할 수 있는 저탄소 녹색기기이다.
본 시스템 도입으로 가정에서 연간 전기와 가스 비용을 최대 39% 이상 절감할 수 있으며, 이산화탄소 저감량은 약 1.26톤에 달한다. 기존 연료전지 시스템보다 작고 가정용보일러와 설치방법, 장소가 유사해 손쉽게 대체할 수 있으며 도시가스 공급망을 그대로 사용할 수 있어 녹색에너지기기를 보급하는 사회적 비용이 절약되는 장점을 가지고 있다.
미래형 연료전지로 각광받고 있는 건물용 SOFC 시스템 시장은 미국, 유럽, 일본 등 선진국을 중심으로 이미 상용화 단계에 이르러 연평균 20% 이상 성장해 2015년 기준 약 7천 500억원에 달할 것으로 전망되고 있다.
우리나라 역시 그린홈 100만호 보급사업 등 정부 지원 하에 건물용 연료전지 초기 시장이 형성되고 있으며 2020년 이후에 상용화를 완료해 연평균 30만대를 보급할 계획이다.
이번 건물용 SOFC 시스템 기술 개발을 통해 상용화를 앞당겨 에너지 기술 자립과 함께 국내에 설치된 1040만대 가스보일러를 대체함으로써 국가 에너지 절감과 온실가스를 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 저탄소 녹색제품의 해외시장 진출을 선도하게 될 것이라고 회사측은 설명했다.
손승길 경동나비엔 에너지기술연구소장은 “2009년부터 총괄 주관하고 있는 스털링엔진 열병합발전 시스템 개발 국책과제의 경험과 연료전지 전문 산·학·연의 기술을 살려 2016년까지 선진국 수준으로 끌어올리겠다”라며 “보일러와 온수기 수출을 주도하고 있는 당사로서는 연간 1,800만대에 달하는 세계 보일러 시장뿐 만 아니라 급속히 성장하고 있는 연료전지 시장에서 경쟁력이 더욱 강화될 것”이라고 포부를 밝혔다.
한편 경동나비엔은 콘덴싱 테크놀로지를 선도해온 대한민국 대표 난방 기업으로 향후 ‘콘덴싱 테크놀로지’를 넘어 가정용 연료전지 시스템, 초소형 열병합발전, 태양열 시스템과 같은 신기술 개발에 박차를 가함으로써 변화하는 에너지 패러다임을 선도하는 미래 에너지 테크놀로지 기업으로서의 입지를 다져나갈 계획이다.
건물용 SOFC 시스템이란?
- 고체산화물 연료전지 (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)
3세대 연료전지로 불리는 고체산화물 연료전지(SOFC)는 산소 또는 수소 이온을 투과시킬 수 있는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로 1937년에 Bauer와 Preis에 의해 처음으로 작동됐다.
SOFC는 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(700 - 1000 ℃)에서 작동한다.
모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없다.
또한 고온에서 작동하기 때문에 귀금속 촉매가 필요하지 않으며, 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다.
연료전지 중 가장 발전효율이 높고 고온의 가스를 배출하기 때문에 배열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다.
이러한 장점들 덕분에 SOFC에 관한 연구는 21세기 초에 상업화하는 것을 목표로 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.
일반적인 SOFC는 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극(양극, cathode) 및 연료극(음극, anode)으로 이루어져 있다.
공기극에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소 이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동해 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되며, 이 때 연료극에서 전자가 생성되고 공기극에서 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하여 전류를 발생시키는 것이 기본 작동원리이다.