[수소 study] 3. 연료전지

수소의 활용은 크게 모빌리티와 발전(연료전지)로 구분. 우선 연료전지 부터

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1. 연료전지(Fuel cell) - 수소 + 산소의 화학반응 -> 전기E, 물, 열E 생성

H2(수소분자)가 연료극(-)에서 수소원자로 분리 (촉매 or 고열 필요)

O2(산소분자)는 공기극(+)에서 산소원자로 분리

분리된 수소이온(H+)은 membrane을 통과 / 발생한 전자는 도선을 타고 이동(전기E 발생)

공기극으로 이동한 수소이온은 산소이온과 결합하여 물분자 형성

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MEA(Membrane Electrode Assembly, 막전극집합체) = 전해질막, 연료극, 공기극 SET

GDL(기체확산층) 포함시 5layer MEA, 분리판까지 포함시 7layer MEA

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1 MEA = 0.7V 전압 -> 수십장의 MEA를 직렬연결하여 전압 상승 가능

MEA -> Cell 스택 -> 연료전지 시스템

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2. 연료전지의 종류 - 전해질막 종류에 따라 구분

1. PEMFC(Polymer Electrolyte Membrame Fuel Cell, 고분자 전해질막 연료전지)

- 80℃ 이하의 온도에서 작동 및 소형화 가능하여 수송용, 가정용, 휴대용으로 사용 가능

- 고분자 전해질막 사용, 촉매로 백금 사용 -> 고가의 소재

- 건물용 연료전지 : 에스퓨얼셀, 차량용 연료전지 : 현대모비스

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2. PAFC(Phosphoric Acid Fuel Cell, 인산형 연료전지)

- 인산을 전해질로 사용(저렴). 다만 지속적인 인산 공급 필요

- 200℃ 에서 작동 -> 생산되는 폐열로 열병합 발전 가능 -> 전력 및 열 판매 가능 ->발전용

- 국내 두산퓨얼셀 사업 영위

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3. SOFC(Solid Oxide Fuel Cell, 고체산화물 연료전지)

- 세라믹을 전해질로 사용. 500-1000℃ 의 고온에서 작동

- 니켈을 촉매로 사용 : 백금촉매보다 저렴

- 다양한 연료 사용 가능 : 수소, 천연가스, 바이오가스

- 고온유지 위해 열 차폐 중요. 거치식 발전용으로 사용

- 미코, 블룸SK퓨얼셀, 두산퓨얼셀(ceres power기술 도입예정)

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-> 발전형 연료전지의 경우 PAFC와 SOFC 양분. 열이 발생하는 PAFC보다 순수 전력생산량이 많은 SOFC의 비중이 증가하고 있음(RPS제도 영향)

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3. 연료전지 수요 확대

- 연료전지 발주량과 설치량 꾸준히 증가중

- RPS 제도에 의해 의무비중 지속 증가

REC가중치 해상풍력 2.5 연료전지(HPS) 1.9+@로 타 재생에너지에 비해 가중치 높다

- 목표치(누적설치량 기준) 2022년 1.5GW 2040년 15GW 이상, 향후 고정형 연료전지 시장의 70%이상을 한국이 차치할 것으로 추정

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* Value Chain 및 투자아이디어

1) 발전용 연료전지는 SOFC의 비중이 높아질 것(RPS 의무 할당량 채우는데 전기생산량이 많은 SOFC가 유리)

- 2023년 연료전지 발주량(300MW)은 2020년 발주량 대비 50%증가. 현재 PAFC의 비중이 높으나 SOFC의 비중이 높아질것으로 예상

- 연료전지 시스템기업의 경우 규모의 경제로 생산 단가 하락 및 이익률 증가 가능

- 관심기업 : 미코, 블룸SK퓨얼셀, 두산퓨얼셀(ceres power기술 도입예정)

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2) PEMFC의 경우 건물용 수요증가여부 체크 필요. 다만 현재는 모빌리티에 연료전지스택을 공급하는 현대모비스 관련 벨류체인이 좋아보임

- 현대모비스 벨류체인은 모빌리티 편에서 살펴볼 예정

- 상아프론테크가 현대모비스 외 타 업체에 맴브레인 공급 하는지 추적 필요

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