석탄 태우지 않고 전기로, 중국 직접탄소연료전지 실증 과제 남아

중국 연구진이 석탄을 연소하지 않고 전기화학 반응으로 전기를 만드는 직접탄소연료전지(DCFC)를 제시했다. 석탄을 미세 분말로 건조·정제한 뒤 연료전지 음극에 투입하고, 산화물 막을 통해 전자를 뽑아내 전력을 생산하는 방식이다. 기존 석탄화력발전이 거치는 보일러와 증기터빈 과정이 아예 없다는 점에서 발전 구조 자체가 다르다.

이 방식은 이론적으로 높은 효율을 기대할 수 있다는 점이 특징이다. 기존 연구에서는 실제 시스템 기준 효율 60% 이상, 스택 기준으로는 80% 안팎까지 가능성이 거론된 바 있다. 또 연소 과정 없이 반응이 일어나기 때문에 배출되는 CO₂가 희석된 배기가스 형태가 아니라 상대적으로 포집하기 쉬운 형태로 나온다는 것도 장점으로 꼽힌다.

상용화보다 장기 실증에 가까운 이유

다만 이 기술이 가까운 시일 내 상용화로 이어지긴 어렵다는 게 냉정한 평가다. 고체 입자인 석탄을 연료전지 내부에 안정적으로 공급하고 반응시키는 일은 액체나 기체 연료보다 훨씬 까다롭다. 고온 운전 환경에서 전극이 열화되는 문제, 석탄에 섞인 회분 등 불순물 관리, 장시간 연속 운전을 버텨낼 내구성까지 넘어야 할 과제가 많다.

'직접 배출 없음'이라는 표현도 발전기 출구에서 CO₂를 포집한다는 전제가 깔려 있다는 점을 짚을 필요가 있다. 포집한 CO₂를 합성가스나 탄산수소나트륨 등으로 처리하는 과정 자체에 들어가는 에너지와 비용, 그리고 이를 저장하거나 활용할 곳이 실제로 있는지도 별도로 검증돼야 한다.

모빌리티와의 접점은 제한적

이 기술이 자동차나 선박의 직접 동력원이 될 가능성은 낮다. 석탄 전처리 설비, 고온 연료전지, 탄소 포집 장치까지 필요해 이동체에 탑재하기엔 부적합한 구조이기 때문이다. 다만 데이터센터나 산업단지, 광산 지역, 전력망 보조용 분산 발전원으로 자리 잡는다면, 전기차 충전 인프라에 공급되는 저탄소 전력원 중 하나로 활용될 여지는 있다.

특히 석탄 의존도가 높고 재생에너지의 발전량 변동성을 보완할 필요가 큰 중국 같은 시장에서는 탈석탄 전환기의 완충 기술로 검토될 가능성이 거론된다. DCFC는 석탄을 친환경 연료로 되살리는 해법이라기보다, 남아 있는 석탄 자산에서 발생하는 탄소 비용을 낮추려는 고난도 전환 기술에 가깝다. 효율과 포집 성능, 내구성, 경제성이 실증 단계에서 확인되는지가 관건이다.