최덕광 <원자력학 박사>

지난 5월 커네티컷주 브리지포트(BP)시는 나쁜 일, 좋은 일 두개를 치렀다. 열차의 탈선 충돌로 많은 사람에게 고통과 불편을 준 불상사와 집채만 한 최신 발전설비가 인근에 도착한 상사였다. 북쪽 토링톤에서 만든 연료전지(fuel-cell)모듈이 50마일의 육로를 가득 메우며 안전히 내려와 그 철로 옆 공지에 정착했다. 세수원이 부족하고 무기력한 이 시에 경제적 활력소가 들어온 것이다.

이 연료전지는 어려운 환경에서도 병원, 학교, 특수건물 등에 독립된 청정전력원을 꾸준히 공급하며 40년 만에 처음으로 수익을 창출하고 있는 댄베리의 FCE사 제품이다. 금년 들어 대형 발전설비를 판매하는 쾌거를 성사 시키고 있다. 이는 연료전지로의 발전이 전력망에 연결되며 기타 전력원과의 경쟁도 가능함을 뜻한다.

BP의 발전소는 위선 15㎿의 출력이며 한국의 화성시에 역시 FCE사의 연료전지로 세우는 60MW의 세계 최대 규모의 발전소 다음으로 크다. BP 발전소는 순수 가격경쟁으로 세워지나 한국의 것은 청정발전 의무할당제라는 규제에 따라 태양, 풍력 등의 개발이 지지부진한 가운데 현실적인 대안으로 착수됨이 다르기는 하다.

그러나 유독화합물이나 매연, 분진의 발생도 없고 소음도 적어 좁은 도심 속에 설치할 수 있는 최적의 발전소가 됨은 다 같다. 먼 거리에서의 송전도 필요 없어 주민들과의 갈등, 기타 어려움을 피하며 그 비용과 비상시 단전의 사고도 줄인다. 두 발전소 모두 준공과 발전에 불과 1년의 공기만을 거치게 된다.
연료전지 발전소는 천연가스를 현장에서 고열로 개질(reforming)해 수소를 생산하고 이와 산소(공기)를 회전시켜 전해질을 이용해 전기화학적인 발전을 하며 연소는 일체 없다. BP나 화성의 것 모두 고온(650 C)의 액체 용융탄산염을 전해질로 쓴다. 이 발전소들의 연료(천연가스)효율은 전력생산외 반응열 이용으로 상당히 높은 80%이상일 것이다. 반응열로 BP의 것은 유기물의 기체로 터빈을 돌려 복합발전을 하고 화성의 것은 열병합용으로 온수와 난방에 쓴다. 최초의 대형 연료전지발전이라 실제 환경, 가격, 고용 등의 기여도를 세계모두가 주목할 것이다.

수소는 무계당 에너지밀도나 청정성으로는 최고급 에너지원이다. 그러나 현재의 기술로서는 대량의 수소는 석유나 천연가스등 화석연료에 고온수증기 등의 에너지를 가해 개질하고 채취할 수밖에 없어 연료의 높은 가격이 문제가 된다. 부산물로 생성되는 온난화 가스 CO2의 양은 천연가스의 연소시 보다 나을 것도 없다. 수소의 저장과 수송도 문제가 된다. 운송용(자동차)으로서의 연료전지 사용이 당분간 쉽지 않을 이유들이다.

한편 발전용으로의 연료전지는 직접 발전 외에 보통 폐열이 되는 발생열을 이용할 수 있어 월등히 높은 효율로 수소의 소비량을 줄이며, 저장과 수송이 없는 동시 내부개질이 가능해 전체 연료비가 상당히 싸진다. 생성되는 CO2는 탄소정화막을 통해 농축시키고 이를 모아 산업용, 오일채취용등에 쓰이게 된다.

BP시 철로옆 좁은 부지에 앞으로 9기가 더 들어설 예정이다. 석탄발전으로 오랫동안 환경오염에 시달리던 BP시민들에게는 좋은 대안이 된다. 연료셀과 스택, 모듈, 주변기기들을 제작한 FCE사도 지근에 있어 문제시 해결도 쉽다. 전기회사에서도 다음 15년간 생산전력을 $89/MWH로 사준다고 약속했다. 수소의 잉여생산도 가능해 가정용으로의 사용에 대비한다고 하니 BP시는 좋은 사업하나 유치한 셈이다. 옆에서 일어난 열차 탈선사고를 보며 항상 경각심을 갖고 안전히 운용되기를 바란다.