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연료전지로 車 300km까지 갈 수있다


톰 행크스가 주연한 영화 ‘아폴로 13’에는 우주선이 달 착륙을 시도할 때 산소탱크에 문제가 생겨 주인공이 우주미아가 될 뻔한 상황이 나온다. 산소탱크가 고장났다면 우주비행사가 들이마실 산소가 부족해졌다는 뜻일까. 그렇지 않다. 우주선이 움직이도록 전기를 생산하는 ‘연료전지(fuel cell)’가 작동할 수 없게 됐다는 의미다. 연료전지는 ‘전지’라는 용어 때문에 일반 배터리처럼 전기를 저장한다고 생각하기 쉽지만 사실은 전기를 만들어내는 소형 발전소다. 원리는 간단하다. 수소(H)와 산소(O)를 결합시키면 물(H₂O)이 만들어지면서 전기와 열 등 에너지가 나온다.




연료전지는 1960년대 중반부터 유인우주선에 두루 탑재돼 왔다. 좁은 공간에서 고효율로 전기에너지를 발생시키는 것은 물론 우주비행사에게 식수까지 제공한다. 이상적인 조건이라면 에너지와 함께 물만 만들어지기 때문에 환경오염의 우려도 없다.

이 ‘꿈의 전지’가 우주에서 우리의 일상생활로 파고들고 있다. 휴대전화 휴대용개인정보단말기(PDA) 노트북 등 모바일 정보통신기기와 자동차가 그것. 한국은 이 두 분야에서 세계적인 성과를 올리고 있다.

삼성종합기술원은 6일 노트북을 전원 없이 10시간 사용할 수 있는 연료전지를 개발했다고 밝혔다. 현재 사용되는 배터리팩에 비해 부피는 2.5배에 달하지만 가동시간을 2∼3배 늘렸다. 지난달 독일 하노버에서 열린 정보통신기술 전시회 ‘세빗 2004’에서 일본의 도시바가 비슷한 크기와 성능의 노트북을 처음 선보였다. 우리 기술이 이 분야에서 1, 2위를 다투고 있다는 의미다.

 

 



 


삼성종합기술원이 최근 개발한 노트북용 연료전지. 메탄올 100cc를 넣으면 10시간 동안 전원 없이 노트북이 작동한다. 수년 내에 PDA에 장착해 동영상을 마음껏 즐길 수 있는 연료전지가 개발될 전망이다. -사진제공 삼성종합기술원

그런데 수소 대신 컵 한잔 분량(100cc)의 메탄올이 사용됐다. 메탄올은 알코올 중에서 가장 구조가 간단한 종류로 탄소(C)와 수소 산소로 이뤄졌다(CH₃OH).

안타깝게도 대기 중에 풍부한 산소와 달리 지구상에서 대부분의 수소는 탄소와 결합해 있거나 물에 포함돼 있다. 그래서 불가피하게 별도의 비용과 기술을 동원해 이들로부터 수소를 분리해야 한다.

삼성종합기술원 연료전지프로젝트팀 승도영 팀장은 “메탄올을 분해해 수소 이온(H+)과 전자를 만들어내는 촉매 기술을 많이 개선했다”고 말했다. 전자가 이동함으로써 전류가 발생하고, 부산물로 만들어진 물은 다시 메탄올과 섞여 재활용된다. 따라서 노트북에서 물이 넘쳐 줄줄 샐 일은 없다. 다만 화석연료처럼 이산화탄소(CO₂)는 소량 발생한다.

남은 과제는 크기를 더 소형화시키는 일. PDA나 휴대전화에 사용되려면 현재의 반 이하로 줄여야 한다.





승 팀장은 “PDA 정도 크기면 수년 내에 연료전지를 장착할 수 있을 것”이라며 “현재 배터리 성능상 동영상이나 게임을 30분 이상 즐길 수 없는 한계를 극복할 날이 멀지 않았다”고 말했다.

모바일 연료전지 선두업체가 삼성이라면 자동차는 단연 현대·기아가 독보적이다. 현대·기아자동차는 2000년 이후 연료전지로 달리는 산타페를 6호까지 개발했다. 수소를 탱크에 채워 넣고 시속 126km까지 속도를 내는데 한 번 충전하면 160km까지 달린다.

현대·기아자동차는 지난달 출시한 투싼에도 연료전지를 장착할 계획이다. 목표는 올해 10월. 최고 속도 시속 150km에 한 번 충전하면 300km를 달릴 것으로 예상된다. 이미 3월 스위스 제너럴모터쇼, 4월 초 미국 뉴욕모터쇼에서 모델을 선보였다.

투싼은 특히 연료전지에서 발생하는 ‘물 문제’를 해결할 것으로 예상된다. 추운 지역에서 연료전지차를 타고 가다 물이 얼어붙으면 낭패를 보기 때문이다.

현대·기아 연구개발본부 연료전지개발팀 김세훈 선임연구원은 “연료전지에서 발생하는 열로 물의 온도를 높이는 기술이 개발됐다”며 “이 기술을 보유한 곳은 일본 혼다와 우리뿐”이라고 말했다. 올해 말에는 한정된 소비자를 대상으로 대여 형태로 투싼이 보급될 전망이다.





하지만 난관은 남아있다. 대표적인 것이 열 문제. 연료전지가 전기뿐 아니라 열도 만들기 때문이다. 일반 자동차는 엔진에서 발생하는 열을 배기가스와 함께 내보내거나 냉각수를 이용해 식힌다. 하지만 연료전지차는 배기가스가 없기 때문에 좀 더 강력한 냉각시스템이 개발돼야 엔진(연료전지)이 무사하다.

김 연구원은 “미국 유럽 등은 배기가스를 줄이지 않으면 자동차를 수입하지 못하도록 규제가 강화되고 있다”며 “연료전지 자동차를 개발하지 못하면 조만간 국제 무역에서도 큰 손해를 입게 될 것”이라고 말했다.









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