수소주택 정의와 수소 연료전지 설치조건

수소에 대한 관심이 나날이 커지고 있으며 최근 수소주택, 연료전지 주택을 통해 수소를 직접 활용하는 방법을 모색 중이다. 화석연료는 유한한 자원으로 언젠가는 고갈이 우려되고 화석연료의 사용은 온실가스 배출의 주범으로 지구 온난화를 일으킨다. 이에 새로운 신 에너지원을 찾고자 하는 노력이 지속되고 있으며 탄소중립과 신 에너지원으로써의 핵심으로 수소가 주목을 받고 있다. 
우리나라도 수소경제로의 전환과 구현 목표를 제시하고 도시 내에서 에너지 시스템의 전환을 모색하기 위해 수소도시를 계획하고 있다. 이에 수소도시 구축을 위한 기초기술로써 '수소주택'에 대해 알아보고자 한다.

 

수소(H2)의 원자 구조 이미지 (@pexels)

 

수소주택 정의

외부 또는 수전해 설비로부터 수소(H2)를 공급받고 주택에 연료전지를 설치하여 주택의 냉방, 난방, 급탕, 환기, 취사, 전열 및 전등을 위한 전력과 온수를 공급하는 다양한 형태의 주택으로 정의할 수 있습니다.
이상적인 수소주택은 태양광 시스템을 통해 태양에너지로부터 전기를 생산하고 이를 수전해설비로 수소로 변환하여 연료전지에 공급하여 수소저장 및 생산, 사용을 통해 전기와 열을 공급하는 주택이다. 다시 말해서 태양광으로부터 전기를 생산할 수 있는 시간에는 주택에 바로 사용하고, 남은 전력은 수소로 변환하여 저장한 후에 필요할 때 수소 연료전지를 가동하여 전기를 공급받는 주택이다.  

 

수소 연료전지 구성 및 수소주택의 에너지흐름

 

수소의 생산 및 활용

수소의 생산은 산업공정에서 발생하는 부생수소 정제 방식, 연료 변환장치 등을 통해 도시가스를 개질하는 방식, 열 또는 재생에너지(태양광)를 활용한 수전해 방식이 대표적이다.
수소는 연료전지를 통해 전기와 열을 생산하는 데 활용할 수 있다. 또한 천연가스와 최대 20%까지 혼합하여 주택의 온수기, 건조기, 가스스토브, 벽난로 등의 연료로도 사용이 가능하다고 한다.

 

수소주택 관련 용어를 알아보자

- 수소: 화학적 원소 중의 하나로 주기율표의 1번에 속하며 우주에서 가장 풍부하고 가장 가볍고 결렬하게 반응하며 간단한 구조의 작은 원소임. 기호는 H.
- 연료전지(Fuel cell): 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기와 열을 생산하는 장치
- 개질: 수소를 생산하기 위해 석탄을 태우거나 도시가스에 수증기를 섞어 고온 반응시켜서 일산화탄소를 만들고 이를 물과 반응시켜 이산화탄소와 수소를 분리하여 만드는 과정
- 연료전지 전용실: 주택 내 평면계획의 일부로, 수소 연료전지, 연료전지와 연결된 공기 흡입·배출구, 출입문, 전용실 환기구, 배수구, 가스관, 급수·급탕관, 안전설비 등을 설치하는 전용공간

 

수소 연료전지는 무엇인가.

일반적인 연료전지의 구성은 개질기(Refomer), 스택(Stack), 급탕 탱크(Hot Water tank), 인버터(Invertor)를 포함한 전력제어유닛(PCU)으로 구성되어 있다. 석탄이나 도시가스가 개질기를 통해 수소로 변환되며, 이렇게 공급된 수소가 스택(Stack)에서 수소 이온과 전자로 분리되면서, 이온은 전해질막을 통해 반대 전극으로 이동하여 산소와 만나 물이 형성되어 배출되고 도선을 따라 이동하는 전자에 의해 전류가 생성되게 된다. 국내에서 가장 많이 사용되는 연료전지 타입으로 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC)가 있다.
수소 연료전지는 일반적인 연료전지 구성에서 개질기가 필요가 없고 수소 가스를 바로 스택에 공급하여 전기와 열을 생산하는 연료전지를 말한다.

 

수소 연료전지 설치 조건

• 연료전지 설치 장소는 바닥이 견고하고 통풍이 잘되는 실내에 설치하여야 한다.
• 연료전지 전용실에 설치되는 수소 가스 누출경보기의 기능과 제품의 기준은 관련 법령 및 규정에 부합하여야 한다.
• 연료전지 및 그 부속설비는 KS인증 받은 제품을 설치하여야 한다. 제품의 설치, 이동은 반드시 제조사 혹은 제조사가 허가한 업체 및 자격을 소지한 전문업체에 의해서만 시공되어야 하며, 설치매뉴얼의 기재사항을 반드시 준수하여 설치한다.
• 전용실과 제품에 연결된 배관, 전기적 배선, 덕트 등의 모든 연결은 국가기준에 따라야 한다.
• 연료전지 설비의 설치 후 한국에너지공단 또는 한국가스안전공사 등의 시험검사가 필요시 검사에 합격하여야 한다.
• 배관공사는 전문자격자에 의해 시공되어야 하고 배관 연결 후에는 가스 밸브의 개폐 상태 및 가스 누설이 없는지 반드시 확인한다.
• 연료전지를 설치 및 시공하는 자는 설치, 시공한 시설이 연료전지의 설치 기준에 적합한 경우 도시가스 사용시설의 시설ㆍ기술ㆍ검사기준(KGS FU551)의 시공표지판을 제품에 부착하고, 연료전지 설치 시공 확인서를 작성하여 건축주에게 제공하여야 한다.
• 전기사업법의 사용 전 점검(또는 사용 전 검사) 및 도시가스 사용시설의 시설ㆍ기술ㆍ검사기준(KGS FU551)에 하자가 없도록 시설을 준공하여야 한다.
• 그 외 수소 연료전지 또는 도시가스 개질형 연료전지 등의 설치 기준이 가스기술기준(KGS Code)으로 마련된 경우 이에 따른다.

수소주택은 미래의 주택이며 신에너지원을 활용한 에너지 전환으로 수소경제를 마련하는 기본적인 조건이 될 것이다.