CO2 배출 감소에 핵심적인 역할을 할 수 있는 고체 산화물 연료 전지 - 환경 성과를 개선하기 위해 두 가지 문제를 해결하려는 DENSO의 노력

May 20, 2023

차세대 연료 전지 R&D 부서의 Osugi 씨는 고체 산화물 연료 전지(SOFC)의 필요성과 DENSO가 환경 성과를 개선하는 방법에 대해 프레젠테이션을 진행했습니다.

【발표자】 오스기 다카마사 NEGP 개발부, 환경 중립 시스템 개발부 덴소 주식회사

자기 소개

좋은 저녁이에요. SOFC에 대해 설명하겠습니다. 간략하게 제 소개를 부탁드리겠습니다. DENSO에 입사한 이후 저는 자동차 이외의 분야, 특히 주택 관련 제품 개발 분야에서 일해왔기 때문에 DENSO에서 제가 경력을 쌓는 경우는 매우 드뭅니다. 2019년부터 SOFC 사업기획 업무를 맡아왔습니다.

SOFC란 무엇입니까? SOFC는 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)의 약자로, 수소로부터 전기를 생산하는 장치이다. SOFC의 화학 반응은 SOEC의 화학 반응과 반대입니다. 수소와 산소의 화학반응을 통해 전기가 생성된다. 연료전지에는 다양한 종류가 있습니다. 이 슬라이드에서는 PEFC와 SOFC를 예로 보여줍니다. SOFC는 세라믹 소재를 전해질로 사용하기 때문에 약 700℃의 고온에서도 작동이 가능해 작동효율이 높다. 수소, 도시가스, 프로판가스 등 다양한 연료를 사용할 수 있습니다.

SOFC가 필요한 이유는 무엇입니까? 수소 사회는 전적으로 수소에 의해 구동되지는 않을 것입니다. 수소가 널리 사용될 때까지 수소 유래 연료와 다양한 유형의 탄소 중립 연료가 사용됩니다. 따라서 다양한 종류의 연료를 사용하여 구동할 수 있는 SOFC는 수소 사회를 향한 CO2 배출을 원활하게 줄이는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

수소 외에 도시가스, 바이오가스 등 탄소 유래 연료를 사용할 수 있는 이유를 설명하겠습니다. SOFC에는 다양한 유형의 연료를 수소로 변환한 후 전력을 생산하는 데 사용되는 개질 시스템이 통합되어 있습니다.

SOFC의 환경적 성능 개선에 관한 두 가지 문제 서두에서 SOFC가 높은 운영 효율성을 가지고 있다고 언급했습니다. 우리는 환경 성과를 더욱 향상시키기 위해 노력해 왔습니다. 저는 두 가지 주요 문제를 설명하고 싶습니다. (슬라이드를 가리키며) 첫 번째 문제는 셀 스택 출구에서 연료를 재사용하는 것입니다. 이 개략도는 발전 과정을 보여줍니다. 상단에서 연료가 충전되고, 흰색 원통형 셀 스택에서 전기가 생성됩니다. 이상적으로는 수소 연료 투입량이 100일 때, 셀 스택에서 모두 소모되어 전력을 생산해야 하며, 셀 스택 출구에는 수소 연료가 남아 있지 않아야 합니다. 그러나 수소를 모두 사용하면 셀 스택이 열화되므로 연료를 다 소모하지 않도록 제어한다. 이 다이어그램의 상단에 표시된 이젝터가 중요한 역할을 합니다. DENSO의 독자적인 기술을 바탕으로 자동차 에어컨에도 사용되는 고품질, 고신뢰성 부품입니다. 이젝터는 출구에서 미사용 연료를 재활용(재순환)시켜 폐수소를 최소화함으로써 발전 효율을 향상시킵니다. 두 번째 문제는 효율을 극대화하기 위해 온도를 제어하는 ​​것입니다. SOFC는 특정 온도 범위에서 가장 효율적으로 작동합니다. 균일하고 적절한 온도를 유지하는 것도 중요합니다. 발전 시 발생하는 열을 최대한 활용하기 위해 열 관리 기술을 활용하여 내구성을 향상시킵니다. 자동차 분야에서 갈고 닦은 기술을 다른 제품에도 적용하기 위해 전사적으로 노력해왔습니다.

DENSO의 목표 마지막으로 DENSO의 목표에 대해 설명하겠습니다. 이 슬라이드의 왼쪽 그래프에서는 가로축에 발전 출력, 세로축에 발전 효율이 표시되어 있습니다. 대형 화력발전소의 출력과 효율은 이 그래프의 오른쪽에 표시되어 있습니다. 우리는 발전소보다 더 효율적으로 전력을 생산하는 SOFC를 소형화하는 동시에 효율성을 계속 높이기 위해 노력해 왔습니다. DENSO 공장에 SOFC 시스템을 설치하여 실증 평가를 시작하려고 합니다. 우리의 미래 비전은 이 슬라이드의 오른쪽에 나와 있습니다. 탄소 중립 연료는 조만간 널리 사용되지 않을 것이므로 첫 번째 단계는 고효율 SOFC를 사용하여 에너지를 절약하는 것입니다. 탄소중립연료 확산에 따라 분산전원의 특성을 활용해 탈탄소화와 에너지 안보에 기여하겠습니다. SOFC 개발을 통해 '웰빙사이클 사회' 구현에 기여하고자 합니다.