일본산업뉴스요약

첨단기술
연료전지「중온형」을 개척
수도대학도쿄, 수소에너지사회구축추진연구센터

「수소사회」의 실현을 목표로 하는 도쿄도. 거대한 목표를 달성하기 위해서는 비용 억제나 이산화탄소(CO₂) 삭감 효과를 높이는 많은 기술혁신이 필요하다. 수도대학도쿄(首都大学東京)의 수소에너지사회구축추진연구센터는 수소의 제조, 수송, 이용에 관한 다양한 과제를 극복하기 위한 연구 거점이다.

「수소에너지를 사회에 침투시켜, CO₂의 삭감으로 이어지도록 한다」. 가나무라(金村) 센터장은 2016년 4월에 발족한 센터의 목표를 이렇게 강조한다. 연구 성과를 올리는 것뿐만 아니라 실제로 활용하는데 의미가 있다는 생각이다.

토요타자동차 등의 연료전지차의 등장으로, 수소사회의 도래를 실감할 수 있는 기회는 증가하였다. 한편으로 연료전지차는 가솔린차와 비교하여 가격이 비싸고, 라이프사이클 전체로 봤을 때에 에너지절약이나 CO₂ 삭감으로 이어진다고는 단언하기 어렵다는 지적도 있다. 본격적인 보급을 위해서는 이러한 과제를 해결해야 한다.

열쇠를 쥐고 있는 기술로서 기대를 받고 있는 것이, 가나무라 센터장이 개발하는「중온형」의 연료전지다. 기존의「저온형」의 연료전지는 섭씨 80~90도에서 작동하지만, 중온형은 약 200도에서 작동한다. 산업용의 경우는 500도가 넘는 고온에서 작동하는 유형도 있기 때문에「중온형」으로 자리잡았다.

목표는 에너지 효율의 향상이다. 연료전지는 발전할 때 열을 내는데, 기존의 연료전지차에서는 그것을 유효하게 활용하는 것이 어려웠다. 수소가 지닌 에너지 중에서 주행 등에 이용할 수 있는 것은 40% 정도이며, 나머지는 열은 손실되었다고 한다.

개발 중인 중온형 연료전지는 이 열을 활용하여 메탄올이나 디메틸에테르에서 수소를 추출하여 다시 발전에 사용한다. 유효하게 이용할 수 있는 에너지의 비율을 70% 정도까지 높일 수 있는 가능성이 있다. 이 방식이라면 압축한 수소를 저장하는 고가의 탱크가 불필요하기 때문에 비용 삭감도 전망할 수 있다.

또한, 출력 등은 부족하지만「안정적으로 작동하는 기본 성능을 확인할 수 있었다」(가나무라 센터장). 이르면 연내에라도 시작기(試作機)를 만들 계획이며, 2020년의 도쿄올림픽∙패럴림픽에서 전시하는 것도 고려하고 있다.

그러나 이 기술은 연료전지만으로는 완결되지 않는다. 수소를 공급하는 기술도 병행하여 확립할 필요가 있다. 가나무라 센터장과 2인 3각으로 연구를 추진하는 시시도(宍戸) 교수는 메탄올에서 수소를 효율적으로 추출하는 동(銅)계열 화합물의 촉매를 개발 중이다.「실험실 차원에서는 효과를 실감하고 있다」고 말한다. 연료전지차 등에 적용하기 위해 검증을 거듭하고 있다.

재료를 통해 혁신을 일으키고자 하는 시도도 있다. 가와카미(川上) 교수가 추진하고 있는 것은, 고분자재료로 만든 미세 섬유「Nano Fiber」로 부직포 상태의 시트를 만들어 연료전지의 주요부재인 전해질 막으로 사용하는 기술 개발이다. 막의 두께를 기존의 3분의 1이하인 수 마이크로미터(마이크로는 100만 분의 1)로 얇게 만들 수 있다는 것이 특징이다.

수소 이온의 전도성(傳導性)이 상승하는 등, 기존과는 다른 성질을 이끌어낼 수 있는 가능성이 있다. 전해질 막은 연료전지차에서 대량으로 사용되며, 재료비도 비싸다. Nano Fiber를 사용하는 신기술이라면 박막화(薄膜化)를 통해 재료 사용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 기존처럼 고가의 플루오린(불소)계 고분자를 사용하지 않아도 될 것으로 기대를 모으고 있다.「비용의 극적인 삭감을 전망할 수 있다」라고 한다.

센터에는 기계나 건축 등을 아울러 수소 에너지에 관한 광범위한 분야의 인재가 갖추어져 있다. 출원을 바탕으로 한 총 특허건수는 411건에 달한다. 수소사회로 이어지는 길을 놓을 수 있을 것인가? 기대가 모아지고 있다.

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