2009 연료전지 최신기술개발 동향 및 상용화 전망 세미나 요약 & 사업 타당성 조사 보고 2009.03 작성: 전략기획실 고정진 대리 검토: 비서실 박병건 부장

목 차 1. 연료전지의 정의 및 원리. 2. 연료전지 종류별 특장점 3. 연료전지 사업 가능 분야 4. 연료전지 상용화 가능 전망 5. 사업 타당성 의견

연료전지란? <정의> 연료의 산화(酸化)에 의해서 생기는 화학에너지  전기에너지로 변환 시키는 장치. 일종의 발전기라고 볼 수 있음. 현재 주로 수소(H)-산소(O) 반응을 이용, 이 밖에도 메탄, 천연가스, 메탄올 이용함. 소형 밧데리 ~ 차량용 ~ 발전소용까지 개발 중. 장점 우수한 전기화학 반응성 무공해 높은 열효율 단점 화합물 형태로 존재(순수 H2 추출필요) 효율적 저장기술개발 필요 안전성 문제 <원리(수소-산소 연료전지)> 연료중 수소와 공기중 산소가 전기 화학 반응에 의해 직접 발전 ① 연료극(양극)에 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리 → ② 수소이온은 전해질층을 통해 공기극으로 이동하고 전자는외부회로를 통해 공기극으로 이동 → ③ 공기극(음극)쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 반응생성물(물)을 생성 ⇒최종적인 반응은 수소와 산소가 결합하여 전기, 물 및 열생성

연료전지 발전 시스템 개질기(Reformer) - 연료전지 핵심 기술, 국책 기술 개발팀이 주로 개발 중. 연료인 천연가스, 메탄올, 석탄,석유등을 수소가 많은 연료로 변환시키는 장치 단위전지 (Unit Cell) 연료전지 단위전지(Cell)는 기본적으로 전해질이 함유된 전해질 판, 연료극(anode), 공기극(cathode), 이들을 분리하는 분리판 등으로 구성. 이 단위전지(Cell)에서 전류를 인출하는 경우 통상 0.6∼0.8V의 낮은 전압이 생성 스택(Stack) - 연료전지 핵심 기술. 주로 대기업,학계가 공동 개발 중. 원하는 전기출력을 얻기 위해 단위전지를 수십장, 수백장 직렬로 쌓아 올린 본체 전력변환기(Inverter) – 산업전기 계열 대,중소기업에서 기술 보유. 연료전지에서 나오는 직류전기(DC)를 우리가 사용하는 교류(AC)로 변환시키는 장치

연료전지란?_연료(수소) 추출 2대 분류. 화석연료 수소 상업화 요소 기간: 5~10년 후 기10년간 개발 진행 중. 한국의 기술력 세계 3~4위 정도 대체에너지에서 수소 상업화 요소 기간: 10~30년 후  타당성 X

연료전지의 종류. <연료전지의 종류: 전해질의 종류와 동작온도에 따라 분류>   용융탄산염형 (MCFC) 고체산화물형 (SOFC) 고분자전해질형 (PEMFC) 직접매탄올 (DMFC) 전 해 질 탄 산 염(Li2CO3 + K2CO3) 질코니아(ZrO2+Y2O3) 이온교환막 (Nafion) 동작온도 (℃) 600∼1000 약 650 상온∼80 상온∼100 효율(%) 45∼60 50∼60 40∼50 20∼30 용 도 중.대용량 전력용 소·중 .대용량 발전 정지용,이동용 소형이동 대표 진출기업 포스코 GS퓨얼셀 포스코, 효성 현대자동차 ㈜퓨어셀 파워 삼성SDI, 에너지 기술 연구원 <연료전지 VS 밧데리VS 일반터빈> 연료전지는… 밧데리는… 터빈은… 장시간 사용 가능 / 즉시 충전 외부로부터 에너지원의 지속적 공급 가능 발전효율이 높다.(47%~70%) 무소음이다. 탄소 배출 없음. (H2O 배출) 순간출력 Good. 용량의 한계가 있음. 주로 Li-ion(리튬-이온)계. 충전시간이 길다. 가장 보편화된 발전 장치 에너지 변환과정이 많아서 발전효율이 낮다.(25~30%) 소음문제 심각 탄소배출 문제(탄소권 관련)

연료전지 사업 가능 분야 핵심부품은 해외기술 이전 or 자체 개발 중이며, <단계별 필요 부품> 중소기업: 전류 변환 인버터 인버터(DC  AC) 배열회수, 저장유닛 저장 장치(기압통 등) 열교환기 냉각수 탱크, 급수기 연료 개질 유닛 탈황 수증기 개질 반응기  수성가스 전이 반응기  CO 제거기 연료 전지 유닛 화석에너지 유입 연료극 공기극 냉각기 대기업: 연료전지 컨트롤 시스템. 중소기업: 배열회수장치 ,급수기, 수소 저장용기, 냉각수 탱크 대기업: 개질 변환용 전해물질 개발, 소재 개발 중소기업: 펌프류, 제어장치, 연료변환 장치, 유량계, 벨브류, 센서류. 대기업: 연료 셀, 내구성 강한 본체 중소기업: 산소 유입용 블로워 핵심부품은 해외기술 이전 or 자체 개발 중이며, 보조기기는 국내 기술 보유 업체에서 개발할 수 있으나 단가 문제로 전량 해외수입 중..

연료전지 상용화 전망 모바일 /소형 대체 에너지의 개념 보다는 멀티미디어 시대의 전자, 이동 정보통신 기술의 발전에 부응하는 이동 에너지 관점. 여전히 100W 이하에서는 리튬-이온 밧데리가 최강자. 리튬-이온 밧데리 또한 충전시간 단축 등 진화하고 있음. 가격에 구애 받지 않는 군용, 전동 휠체어용 등의 특수 분야로 이동 가능성. 예상활성화 시기: 2015년. 매년 활성화 시기 지연되고 있음. 자동차 용 수소 경제로의 진입 시기를 결정짓는 주요 수소 소비처. 현재 수소용 차량의 단가(약 7억/대:2008년형 ‘모하비’수소차량 기준)로는 상업성이 없음. 예상활성화 시기: 단가를 낮추고 수소가격이 낮아질 수 있는 시기로 2020년~2040년 사이 예상. 발전용 가정용은 보일러 대체를 목표로 준비 중이며, 발전소용은 분산형 발전소를 지향하고 있음. 현재 내부 부품 및 주요 소재의 단가가 높아 기전 화석연료 대비 경쟁력 없음. 예상활성화 시기: 가정용은 국가 80% 지원받고 판매,테스트 중. 발전소용은 2018년 예상. 군용/특수용 잠수함, 항공모함, 비행기 등의 군용 보조 전원장치로 개발 중. 전동 스쿠터 또는 환자용 휠체어 등의 상용화 진행 중. 기타 업종 보다 가격에 구애 받지 않음. 예상활성화 시기: 현재 지속적 성능 테스트 중.

연료전지 사업 타당성 의견 <판단의 기준> <요약 결론 및 의견> 1.투자금액 연료전지 사업은 정부(지식경제부) 주도의 산-학 협동 연구, 개발 단계로 정부 지원금이 필요. 주요관련 사업 4가지(기계, 화공, 전기, 소재) 사업분야는 초기 대량 투자가 수반되는 대형 사업. 보조부품 분야는 투자액이 작으면서도 비교적 한국이 기술력을 가지고 있어 응용이 쉽게 이뤄질 것으로 예상. 2.시장성 및 활성화 시기 각 분야의의 사업 활성화 시기는 대체적으로 2009년 기준 5년~20년 후로 늦음. 향 후 화석에너지를 대체할 가장 유력한 에너지 분야 중 하나로 시장성은 밝음. 3.진입장벽 연구개발에 필요한 인력/기관이 한정되어 있고 관련 정보도 풍부하지 않은 상태임. 핵심기술, 부품에 대한 진입장벽은 매우 높고, 보조부품 진입장벽은 중간 정도. <요약 결론 및 의견> 정부의 지원을 받고, 주요 부품이 아닌 보조부품 분야라면 진출 리스크를 줄일 수 있음. 지속적 투자가 최소 5년은 이뤄져야 가시적 성과가 나타날 것으로 예상되므로 기회비용 판단 필요.. 인수할 기업 또는 핵심인력 확보조차 용이하지 않은 국내 상황이므로 관련 분야 기반이 없는 상태로 진출은 분명한 리스크. 관련 분야에 대한 꾸준한 스터디, 소식 업데이트 등, 지속적으로 예의주시함으로써 1)시장변화 2)기술변화에 따라 사업진출 최적 타이밍을 찾는 것이 합리적이라고 생각됨.