일본의 연료전지 정책 및 개발동향

[chojames]

일본의 연료전지 정책 및 개발동향 (2006년 1월 4일) 요약(1)

 1. 국가 시책

 일본신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)는 11월 18일 후지전기시스템과 닛신전기, 교토부 등에 위탁한 “교토에코에너지프로젝트”를 통해 교탄고시의 “신에너지 분산형 에너지공급시스템”을 구축하여 전력공급을 위한 실증실험을 25일부터 시작한다고 발표했다. 이 시스템은 바이오가스발전 및 축전지를 조합하여 제어하여 공공시설이나 시립병원 등에 전력을 공급한다. 바이오가스발전은 식품공장 등에서 발생하는 식품계 미활용 자원을 원료로 하며 이를 가스엔진과 FC를 조합하고 있다. 전력망은 관서전력 네트워크를 이용, 가상 마이크로그리드상으로 수급균형을 확보한다. (일본전기신문, 화학공업일보, 2005.11.21)

 NTT FACILITIES, NTT건축종합연구소, 동북복지대학, 센다이시의 4자가, NEDO의 위탁사업으로 실시하는 “신전력 네트워크시스템 실증연구시설” 건설이 시작되어 11월 21일에는 건설장소인 센다이시의 동북복지대학 제1캠퍼스 내에서 기공식에 앞서 지진제가 거행되었다. 시스템에는 FC도 포함되어 있다.(건설공업신문, 2005.11.22)

 NEDO는 12월 12일 05년도 수소안전이용등 기반기술 개발사업의 국제 공동 연구테마와 위탁처 및 재위탁처로서 “섬유금속 -호 -소계 수소 저장재료의 연구”(도요타중앙연구소, 스위스·풀불대학, 동북대학), “다공질착체계 수소 저장재료 기술의 연구개발”(산업기술종합연구소, 미국·라트가스대학) 등 12건을 결정했다고 발표했다. (공업신문(2005.12.13), 화학공업일보 (2005.12.14))

 2. 자치단체 관련기관의 시책

  (1)가나가와현

 가나가와현 산업기술종합연구소가 마이크로 어레이형 및 코인형 2종류의 DMFC를 개발하고 있다. 감광성유리로 제작한 50~200μm의 미소한 구멍에 전지를 내장한 마이크로 어레이형은 염가의 프로세스로 제조할 수 있는 것이 특징이다. 감광성유리는 웨트에칭에에 의한 염가가공이 가능해, 내약품성이나 내열성이 뛰어나다. 구멍에 나피온 용액을 주입한 후에 건조·제막, 이것에 어노드 촉매와 음극 촉매를 도포한 후, 금박막을 진공증착으로 형성한다. 메탈 마스크로 패터닝 하고, 나아가 배선용 관통 구멍에 금속 와이어를 통과시켜 양극에 접착하고 있다. 단 셀마다 5%메탄올 수용액의 1μL이하를 물방울 떨어트려 계측한 결과 직경 200μm에서 0.5W/cm2의 출력 밀도를 얻었다. 한편 코인형의 경우는, 백금 르테니움블럭에 5wt%의 나피온 용액을 혼합한 페이스트상의 물질을 카본 페이퍼상에 균일하게 도포해 제작한 어노드 촉매층과 백금 블랙촉매를 사용한 음극으로 나피온막을 끼워 MEA를 제작한다. 공기구멍과 연료 공급구를 가공한 코인형 케이스에 MEA와 스펜서의 티탄 메쉬를 짜 넣었다. 케이스내에 5%메탄올 0.15cc을 저장할 수 있다. 출력밀도 25mW/㎠을 확인했으므로 향후에는 30mW/㎠을 목표로 한다. (화학공업일보, 05.11.22)

  (2)아키타현

 아키타현은 “아키타현 FC관련산업도입촉진협의회”를 12월 16일에 발족시킨다. FC관련산업을 창출해 내기 위해 동 분야의 참여를 원하는 현내기업을 지원하는 것이 협의회 발족의 취지이다. 펌프나 각종 제어밸브, 센서등과 같은 FC기기 부속품제조 및 복합부품화를 비롯한 제품개발·기술연구 등을 지원한다. 설치기간은 3년간으로 동 협의회에는 “제품만들기”, “사회시스템 형성·연구개발”, “보급계발”의 3부회를 설치한다. 특히 아키타현내의 광산기술을 활용한 희소자원을 회수하는 리사이클 연구회는 전국에서 그 예를 찾기 어려운 시도가 될 것 같다. (공업신문, 2005.12.10)

  (3)아오모리현

 아오모리현은 12월 13일 “파랑숲 수소에너지 창조전략”을 정리했다. 장래적인 수소에너지 사회에의 이행을 염두에 두고, 원자력 발전이나 풍력발전, 농림 수산자원 등에서 수소를 생산, FC의 활용을 통해 현내 산업을 끌어 올리기 위한 내용이다. 더욱 전략에서는 수소 제조에 소요되는 고정자산세의 감면이나 유휴 공유지의 대여 등 공적지원의 필요성을 언급하고 있다. 또 CO₂를 배출하지 않는 수소제조를 실현하기 위해서 원자력 발전으로부터 수소를 꺼내는 기술의 의의에 대해서도 언급하고 있다. (전기신문, 2005.12.14)

  (4)요코스카시

 요코스카시는 12월 15일 닛산자동차 옷파마공장의 FCV 연구·개발 사업을 지원하기 위해 동사에 장려금 5억엔을 교부할 것을 밝혔다. 요코스카시가 05년도에 제정한 “기업등 확대 재투자 장려금”제도에 근거하는 것으로 첫 적용이 된다. 동 제도에는 시내에서 10년 이상 사업활동을 하고 있는 기업이 사업확대를 위해서 새롭게 설비투자 등으로 고정자산을 취득했을 경우 최대 5억엔의 장려금을 교부토록 하고 있다. 닛산자동차는 05년 4월에 사업계획을 시에 제출 동 공장에서 05년도부터 07년도까지 FCV의 연구개발을 진행시킬 예정이다. 사업비는 53억 2,600만엔이다.(日經産業, 神奈川新聞, 　2005.12.16)

 3. PAFC등의 에너지 절약 효과 　

 오사카 가스는 동사의 실험 공동주택인 “NEXT”에 대한 10년간의 거주 실험의 결과를 정리하였다. PAFC에 의한 코제네레이션(cogeneration) 시스템이나 가스엔진코제네를 도입한 에너지 절약 실험에서는 공동주택 전체 소비에너지의 약 30%를 절약하는 효과를 얻었다. (전기신문(2005.11.28), 산케이신문(2005.12.6))

 4. SOFC의 개발 및 실증 운전

  (1) 쿄세라와 오사카가스 　

 쿄세라와 오사카가스는 SOFC에 의한 가정용 코제네레이션(cogeneration) 시스템을 개발했다. 08년도의 시장투입을 목표로 2005년 11월 28일부터 오사카가스의 실험용 주택인 “NEXT21”으로 실증시험을 실시, 동 시스템의 품질이나 에너지 절약효과 등을 검증한다. 발전 출력은 1kW, 발전 효율은 목표치의 45%(LHV) 이상을 달성, 이 성능은 일반적인 발전소 경유의 가정용 전력과 비교하면 발전 효율이 5%이상 높다. 또한 70℃의 온수를 목욕탕이나 마루 난방법용으로 공급한다. 발전기(SOFC 시스템) 는 깊이 48cm, 높이 98cm, 폭 70cm으로, 용량 100L의 온수탱크장치는 동40cm, 동145cm, 동65cm이다. (아사히신문, 전기신문, 닛케이산업, 일간공업신문, 전파신문, 건설통신신문, 쿄토신문, 화학공업일보. 2005.11.25, 매일신문, 11.27, 전파신문, 11.28)

  (2)도쿄공업대 　

 도쿄공업대학 탄소순환 에너지연구센터의 이하라(伊原)조교수등은 프로판 등 탄화수소계 연료를 열분해해 연료극에 석출한 고체탄소가 공기중의 산소와 전기 화학적으로 반응해 CO_２가 되는 프로세스로 발전하였으며, 아울러 반복해 발전이 가능한 휴대용 SOFC “리체쟈불·다이렉트 카본 FC (RDCFC)”를 개발했다. 전해질은 YSZ , 연료극에는 cermet(니켈·가드리움드프세리아) 를 채용했다. 5분간의 고체탄소 연료의 챠징으로 최대 83분 , 최대 출력 밀도 52mW/㎠을 기록, 44~50mW/㎠의 출력밀도로 안정된 발전을 가능하게 했다. 연료탱크 및 연료 공급용 펌프가 불필요해 소형화할 수 있는 것에서부터 차세대형의 휴대용 FC로서의 실용화가 기대된다. 연구팀이 개발한 SOFC는 고체탄소를 공급하는 탄화수소로서 프로판을 이용하고 있지만, 800~1000℃의 고온운전으로, 메탄이나 부탄 등의 이용이 가능하고, 연료의 다양성이 전망된다. 향후에는 한층 고출력화, 셀의 단열 구조의 검토, 발전특성의 장기 안정성에 대한 검증 등을 통해 휴대용 FC로서 실용화를 목표로 한다. (일간공업신문(2005.11.30), 화학공업일보(2005.12.5))

  5. PEFC등 요소기술의 개발

 (1) 페메아스

   독일의 페메아스사는 이번에 도쿄에 일본사무소를 개설하였으며, MEA의 차세대 기술인 탄화수소계 고온 대응형 PEFC용 MEA의 보급 촉진을 도모한다. (전파신문 2005.11.23, The Latest News No.115참조)

  (2) 스미토모전공

   스미토모전기공업은 스테인리스계 금속다공체인 “세르멧트”의 신규용도로서 PEFC나 DMFC의 부재로 사용하기 위한 제안활동에 착수한다. 카본재료에 비해 저저항이고 열전도성이나 강도, 내구성이 뛰어나 가스유로나 확산층과 일체화한 집전체에 이용하는 것으로 FC의 저비용화나 소형화를 실현하는 것을 전망할 수 있다. 동사의 세르멧트는 연결한 공공으로 구성되는 다공질 재료로, 기공율은 90%를 넘는다. 니켈계의 세르멧트는 주로 니켈수소전지의 양극전용으로서 토야마스미토모전공이 생산하고 있어, 높은 쉐어를 갖고 있다. FC전용 세르멧트는 스테일리스계로 구조체가 되는 발포 우레탄의 표면에 금속 분말을 포함한 슬러리를 도착(塗着)한 후 고온에서 구어 오푼포아 구조의 금속 다공체를 얻는“슬러리(slurry) 도포법”으로 개발을 진행시키고 있다. (화학공업일보 2005.11.28)

  (3)혼죠화학

   혼죠화학(오사카부 네야가와시)은 오사카대학 공학부의 오오시마교수등과 공동으로, 전해질용 플러렌유도체를 개발했다. 화합물 합성기술에 의해 강산성 관능기 배치 구조를 최적화한 것으로, 플로톤전도성 및 고온에서 열 안정성이 뛰어나는 것 외에 가수분해하지 않는 것이 특징이다. 동유도체를 이용한 전해질막은 고농도 메탄올 사용시에도 높은 안정성을 가지고 있어 막 팽윤도 억제할 수가 있다. 동사는 향후 FC분야를 중심으로 막 재료, 3상계면 재료로서 폭넓은 용도를 대상으로 샘플 워크를 개시해 나갈 방침으로, 3년 후를 목표에 실용화를 달성하고 싶은 생각.(화학공업일보, 2005.12.15)

 6. 가정용 PEFC의 실증렌탈 사업과 상용화 계획

  (1)신일본석유

   신일본 석유는, 에바라, 에바라발라드와 공동으로 등유를 사용한 가정용 PEFC시스템인 “ENEOS ECOBOY”을 개발, 06년 3월 20일부터 렌탈방식으로 상품화한다고 발표했다. 정격 발전출력은 950W, 발전효율 35%, 온수의 온도65℃, 운전가능 온도는 -10~40℃으로 연료에는 신일본석유의 전용등유“ENEOS FC 등유”를 사용해, 드럼통으로 배송, 홈 탱크로 옮긴다. 06년도는 간토코싱에츠와 시즈오카의　1도 10현 및 홋카이도와 도호쿠등의 주요 도시를 대상으로 100대를 설치할 예정이다. 메인트넌스 체제등을 정비하여 07년도에는 500대의 판매를 계획하고 있다. 리스료는 연간 6만엔으로 가정에서 사용하는 전력의 60%를 조달할 수가 있다.(요미우리신문, 아사히신문, 마이니치신문, 일본경제신문, 산케이신문, 전기신문, 일경산업신문, 일간공업신문, 일간건설공업신문, 건설통신신문, 알림, 토쿄, 홋카이도, 카호쿠신문, 화학공업일보, 후지산케이비지니스아이, 2005.12.1)

  (2)도쿄가스

   도쿄가스의 가정용 PEFC 코제네레이션(cogeneration) 시스템인 “라이페르”의 설치 대수가 12월 2일 100대에 달했다. 05년말까지 200대의 도입을 계획하고 있다. 현재까지 가동중인 100대를 포함해 180대를 넘는 설치처가 결정되어 있어 초년도의 목표는 거의 달성할 수 있을 전망이다. 동사는 06년도에도 200대 정도의 도입을 계획하고 있다. 주로 단독주택 주택전용으로 이번에 설치한 100대의 내역은 신축이 30%, 기존건물은 70%, 지역별로는 도쿄도가 60%, 가나가와현이 30%, 나머지는 치바현과 사이타마현 남부였다.(전기 신문, 2005.12.5, 화학공업일보, 2005.12.6, 전파신문 2005.12.7)
  (3)토요타

   토요타자동차는 12월 7일 아이신정기와 제휴하여 가정용 FC를 신규사업의 핵심분야로 선정하여 수년 내에 실용화를 목표로 본핵개발에 나설 것을 분명히 했다. 도호가스와 협력해 출력 1㎾의 가정용 FC 코제네레이션(cogeneration)시스템을 도카이지구의 일반 주택에 설치하는 실험을 이미 개시하였고, 향후는 나라가 조성하는 대규모 실증 실험에도 참가할 방침이다. (서일본신문, 카호쿠신보, 2005.12.8)

  (4)코로나

   코로나는 2010년을 목표로 가정용 FC를 상품화한다. 이데미츠흥산으로부터 촉매 기술을 도입함으로써 등유개질에 성공했다. 코로나는 등유를 사용한 석유 스토브를 생산해 온 적도 있어 등유를 통한 개질방식을 도입했다. 코로나의 연소기술과 이데미츠흥산의 촉매기술을 조합하는 것으로, 가정용 FC의 기술적인 과제를 극복, 동사의 신에너지연구센터에서 1㎾급의 시험운전을 시작하고 있어 목표의 개질 효율 80%를 달성하였다. 06년도부터 대규모 실증 사업에 참가, 08년에는 모니터 판매를 시작한다. (일간공업신문, 2005.12.10)

  (5) 이데미츠흥산

   이데미츠흥산은 12월 13일 NEF가 실시하는 “정치용 FC대규모 실증사업”의 제2기 공모에 채택된 LPG사양 PEFC 시스템 설치장소를 결정했다고 발표했다. 아키타현에서 가고시마현에 걸쳐 25대의 시스템을 단독주택에 설치해, 2년간 운전 데이터를 수집한다. PEFC는 도시바 FC시스템제로 발전용량은 700W, 이데미츠가스안도라이프사를 통해 LP가스충전이나 운전관리, 보수점검서비스를 실시한다.(일경산업신문, 화학공업일보, 2005.12.14, 전기신문 2005.12.15)

 7. 업무용 PEFC 실증시험 운전

 이데미츠흥산과 IHI는 공동으로 등유 및 LPG 사용 5㎾ PEFC시스템의 업무용 준상용기를 개발, 06년 1월부터 양타입을 중앙연구소의 FC 테크노플라자에 설치해 실증운전에 나선다. 발전효율은 LPG가 34%정도 등유가 33%정도로 08년 실용화를 목표로 하고 있다. IHI가 개질기와 FC본체를, 이데미츠가 개질촉매를 담당한다. 수증기 개질에서 개질촉매의 운전은 이미 35,000시간을 달성하였다. (일간공업신문, 2005.11.24)

 (자료원 : Latest News No. 116, Fuel Cell Development Information Center, January 4, 2006)