종합과학기술 이노베이션회의의 SIP(전략전 이노베이션 창조 프로그램) “에너지 캐리어”의 수탁연구과제 “암모니아 연료전지”에서 국립대학법인 교토대학, 주식회사 노리타케컴퍼니 리미티드, 미츠이화학주식회사, 주식회사 도쿠야마는 공동연구에 의해 암모니아 연료전지의 세계 최대 규모의 발전에 성공하였다.

암모니아는 NH3로 나타내는 것과 같이 수소를 많이 포함하고 있는 에너지 케리어로서 기대되고 있다. 이번에 암모니아를 직접 연료로서 공급할 수 있는 독자적인 SOFC 스택을 개발하여 암모니아를 직접 공급한 발전에 성공하였다. 이것은 암모니아의 에너지 이용기술의 큰 진전으로 이산화탄소를 배출하지 않는 발전의 실현이 기대된다.

최근 재생가능에너지의 대량 도입, 이용 시 에너지 저장, 수송용 매체로서 에너지 캐리어에 대한 기대가 높아지고 있다. 에너지 케리어는 상온상압에서는 기체인 수소를 수소를 포함한 화학물질로 변환시켜 보다 간편하게 저장 수송하기 위한 매질이다. 암모니아는 탄소를 포함하지 않고 수소의 비율이 높은 수소 케리어로서 주목을 받고 있으며, 발전용 연료로서의 이용에 기대가 높아지고 있다. 암모니아를 연료로서 발전하더라도 주로 물과 질소만 배출하기 때문에 통상적인 화석연료인 탄화수소를 이용한 연료전지와 비교하여 이산화탄소 배출량의 삭감효과가 크다는 것 때문에 기대가 높아지고 있다.

교토대학 대학원 이공학연구과 암모니아 연료전지팀은 재생가능 에너지의 대량 도입을 위한 수소 케리어의 연구개발을 추진하고 있으며, 암모니아를 연료로 하는 연료전지의 개발을 추진하고 있다. 본 발전시험은 쿄토대학에서 실시되었다.

직접 암모니아 연료전지는 전해질인 지르코니아의 한 쪽 면에 설치한 연료극에 발전의 연료가 되는 암모니아 가스를 직접 공급하고 반대측의 공기극에 공기를 공급함으로써 양극 사이에서 전력을 발생시키는 원리에 기초하고 있다. 이번 기술은 이 연료전지 단셀을 적층한 200W급의 SOFC 스택에 직접 암모니아를 공급하여 발전한 것이다. 암모니아 연료는 부재의 접합부에서 누설되면 배관부가 부식하는 문제가 있었다. 이번에 암모니아 연료를 누설없이 봉지할 수 있는 특수한 유리를 개발하였다. 그 결과 암모니아 연료를 직접 공급하더라도 높은 발전능력이 필요한 스택을 실현하였다.

본 스택에 직접 암모니아 연료를 공급하여 발전을 수행한 결과, 순수소와 비교하여 동등한 수준의 양호한 발전특성이 확인되었다. 또한 연료전지의 직접 발전효율은 255W에서 53%(LHV)를 달성하였다.

그림 1. 개발한 암모니아 연료전지 스택
그림 2. 암모니아 연료를 이용한 SOFC 스택의 발전 특성

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 7월 27일]

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