▲ 출처=전북대  © 특허뉴스

전북대학교 이기태 교수(신소재공학부/에너지저장변환공학과·JBNU-KIST 산학연융합학과) 연구팀이 제강 공정에서 발생하는 전로가스(Linz-Donawitz gas, LDG)를 별도의 개질 없이 고체산화물연료전지(SOFC)에 ‘직접’ 연료로 투입하는 데 성공했다. 에너지 분야 권위지 'Journal of Power Sources' 최신호에 게재된 이번 성과는 “연료를 바꾸지 않고 공정을 바꿔” 철강산업의 탈탄소 전환을 앞당길 ‘게임 체인저’로 주목받고 있다.

전 세계 제철소는 해마다 30억 톤 이상 CO₂를 배출하며 산업 부문 배출의 7~9%를 차지한다. 유럽연합의 탄소국경조정제도(CBAM)와 국내 배출권거래제 강화 속에서, 부생가스를 고부가 에너지로 전환하는 실질적 해법은 철강 생태계의 생존과 직결된 과제가 됐다. 그러나 그동안 부생가스 활용은 발전용 연소나 수소 분리·정제 중심이었고, CO 비율이 특히 높은 전로가스(약 60% 이상 CO)를 ‘연료전지에 그대로’ 쓰는 기술은 사실상 전무했다.

연구팀은 Pd(팔라듐) 침투형 Ni-GDC 전극을 적용한 SOFC를 제작, 전로가스를 직접 주입하는 방식으로 안정 구동을 입증했다. 고온(800℃ 이상) 운전에서 문제가 되던 탄소 침적(coking)이 효과적으로 억제됐고, 전로가스 내 수소와 질소 성분이 전극 분극 저항을 완화해 반응 속도와 전하 전달 특성이 동시 향상되는 메커니즘을 규명했다. Pd 침투 전극 설계는 전극/전해질 계면 반응을 가속해 출력·내구 모두에서 성능을 ‘질적으로’ 끌어올린 핵심이다.

이기태 교수는 “전로가스 직접 이용 SOFC는 단순 전력 생산을 넘어, 배출되는 고순도 CO₂를 CCUS(탄소 포집·활용·저장)와 연계해 화학소재·연료로 재활용하는 통합 공정으로 확장될 수 있다”며 “제철소 부생가스를 기반으로 한 저탄소 발전의 결정적 솔루션이자, 연료전지 상용화 지평을 넓히는 전환점”이라고 강조했다.

이번 연구는 철강 공정에서 가장 풍부하면서도 까다로운 가스를 ‘직접’ 에너지원으로 바꿨다는 점에서 의미가 크다. 개질 설비 없이 현장 가스를 곧바로 쓰면 공정 단순화·설비비 절감·시스템 효율 제고가 동시에 가능해지고, 공장 단지 내 분산형 발전과 배출원 인접 CCUS 통합까지 한 번에 그려볼 수 있다. 결과적으로 CBAM 대응, 전력비 부담 완화, 탄소 회계의 투명성 제고 등 정책·사업 측면의 파급효과가 기대된다.