[투데이에너지 이성중 기자] 한국에너지기술연구원(이하 '에너지연') 울산차세대전지연구개발센터 강성민 박사 연구진이 고체산화물 연료전지의 전 생애주기에 걸친 환경영향을 정량적으로 분석했다. 이번 연구를 통해 친환경으로 알려진 수소 에너지 기술도 제작 과정에서 예상치 못한 환경 문제를 일으킬 수 있음이 확인됐다.
고체산화물 연료전지는 수소와 산소의 반응을 통해 전기를 생산하는 장치로, 가동 과정에서 탄소를 배출하지 않아 친환경 기술로 주목받고 있다. 하지만 이번 연구에 따르면 전지 생산 과정에서 토양 산성화 등을 유발하는 물질이 배출될 수 있어, 진정한 친환경성 확보와 성공적인 산업화를 위해서는 생애 전주기에 걸친 환경영향 평가가 반드시 필요한 것으로 나타났다.
그간 유럽 등에서는 환경영향 평가 가이드라인 정도만 제공되었을 뿐, 명확한 평가 기준과 규제는 마련되지 않았다. 이에 연구진은 고체산화물 연료전지를 대상으로 원자재 채취부터 제작까지 전 과정에서 발생하는 환경영향을 분석해 문제가 되는 소재의 배출량을 정량화하는 데 성공했다.
연구팀은 연료극지지형, 전해질지지형, 금속지지형으로 분류되는 세 가지 타입의 1킬로와트(kW) 출력 조건을 가진 연료전지를 단위 전지와 스택 단위로 구분해 각각의 환경영향을 분석했다.
지구온난화, 오존 형성 등 환경영향 핵심 지표 18개를 평가한 결과, 대부분의 지표는 영향이 크지 않았으나 지구산성화, 해양 부영양화, 인체 발암 독성 세 가지 지표에서는 상당히 부정적인 영향을 미치는 것으로 분석됐다.
구체적으로, 연료극지지형의 경우 핵심 소재인 니켈로 인한 산성화지수가 약 0.998kgSO2-eq로, 다른 유형보다 최대 75.5배 높은 수치를 보였다. 전해질지지형은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)로 인한 해수 부영양화 지수가 약 50.94gN-eq로 다른 유형보다 최대 647배 높았다. 금속지지형은 스테인리스 스틸(STS)로 인한 인체 발암독성 지수가 약 5.70kg1,4-DCB-eq로 다른 유형보다 최대 14.6배 높게 나타났다.
연구진은 이러한 환경영향을 최소화하기 위해 니켈 생산 시 황산을 사용하지 않는 건식 야금공법, 스테인리스 스틸 생산 시 크롬을 회수하는 바이오 침출 공정 등 보다 친환경적인 핵심 소재 제작 기술을 제안했다.
연구 책임자인 강성민 박사는 "이번 연구는 그간 고려되지 않은 고체산화물 연료전지 생산의 환경영향을 정량적으로 파악해 미래 친환경 연료전지 상용화를 위한 환경 기준을 제시한 것"이라며, "정부 차원에서는 환경영향을 고려한 규제를, 기업 차원에서는 핵심 소재에 따른 환경영향을 파악하고 대안을 찾는 설계가 가능해져 궁극적인 탄소중립과 수소경제 실현에 큰 역할을 할 것"이라고 밝혔다.