매년 미세먼지 발생이 사회문제로 큰 이슈가 되고 있다. 현재 미세먼지 해결을 위한 정책의 일환으로 노후 화력발전소 가동을 중지하고 있으며, 2030년까지 신재생에너지 발전비율을 전체 발전량의 20%로 높이겠다는 ‘신재생에너지 3020’비전을 발표했다. 미세먼지 해결과 같은 환경적인 문제와 안정적인 전력생산 및 공급, 우리나라와 같이 면적이 협소하고 인구 밀집도가 높은 도심형 지역의 발전부지 등을 고려할 때 대표적 분산전원인 연료전지가 신재생에너지 3020 비전을 달성하기 위한 신재생 발전원으로 큰 역할을 할 수 있다.

연료전지는 연료(수소, 천연가스 등)가 가진 화학에너지를 전기화학반응을 통해 전기에너지로 직접 변환시키는 전기화학 장치이다. 일반적으로 충·방전에 의해 전기에너지를 발생시키는 전지와 달리 내연기관처럼 연료가 공급되는 한 지속적으로 전기생산이 가능하다. 이러한 연료전지 시스템은 크게 연료 및 공기를 공급하는 M-BOP(Mechanical Balance of Plant), 공급되는 연료로부터 직류전기를 생산하는 스택(stack), 스택으로부터 생산된 직류를 교류로 변환을 포함하는 E-BOP(Electrical Balance of Plant)로 나뉜다. 연료전지의 가장 큰 장점은 생성물이 오직 물이기 때문에 친환경 발전이 가능하다. 또 탄화수소계 연료(천연가스 등)를 이용해 개질반응을 통한 화석연료의 사용하므로 연료 선택의 폭을 넓일 수 있다. 개질반응을 통해 수소를 얻어 연료전지를 발전할 경우 발생되는 이산화탄소는 높은 연료-전기에너지 변환 효율로 인해 출력 당 이산화탄소 배출량은 화력발전과 비교해도 매우 적다. 전력과 함께 필연적으로 열을 발생시키기 때문에 열병합 발전으로도 적합하다. 또한 평균적인 화력발전 효율이 30~40%임을 감안할 때, 연료전지 시스템은 전기효율이 40% 이상으로 열을 포함하는 종합효율은 최소 80% 이상의 고효율을 보인다. 이는 풍력과 태양광과 같은 타 신재생발전시스템과 비교해도 매우 높은 발전효율일 뿐만 아니라, 자연환경변화에 영향을 거의 받지 않아 가동률이 90% 이상으로 상당히 높다.

현재 연료전지 산업은 발전용량에 맞춰 주택용, 건물용, 발전용으로 분류되며, 수송용과 휴대용 등의 시장이 존재한다. 신재생에너지 공급의무화제도(RPS)지원 하에 신재생에너지 공급인증서(REC) 가중치를 2배 적용받고 있으며, 휴대용 시장은 시장 자체가 형성되지 않아 정부 지원의 후순위에 밀려 있다. 아직까지는 우수한 강점에도 불구하고 경제성에 밀려 시장의 선택을 받지 못하고, 보조금이든 제도적 지원이든 정부지원에 절대적으로 의지하는 상황에서 보급하고 있다. 하지만 지속적인 기술 개발 및 정책을 통해 경제성을 확보 할 예정이다. 연료전지 시장의 비즈모델로서는 연료전지 대여사업과 분산형 에너지프로슈머사업, 연료전지 활용 수소생산을 통한 친환경차 충전사업 등을 들 수 있다.

연료전지의 현황을 보면 포스코에너지, 두산, LG 모두 해외 원천기술 도입 후 시장 진출을 하고 있다. 현재 MCFC(용융 탄산염 연료전지)는 관련 기술의 선두 주자인 미국의 FCE(Fuel Cell Energy)와 포스코에너지의 계약으로 대형 발전소의 주 기술로 활용되고 있으며, 생산능력 확대 및 매출 증가로 미국 및 국내 시장을 이끌고 있다. PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, 고분자 전해질 막 연료전지)분야는 넒은 전력 공급 범위와 다양한 응용분야(자동차 등)을 통해 성장을 지속하고 있으며, 2013년 신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 지침이 개정되면서 에너지생산량 및 보정계수 6.5를 지정받아 공공기관 설치의무화시장 뿐만 아니라 민간시장까지 빠르게 도입되고 있다. 두산퓨얼셀의 경우 2014년 7월 국내 주택용 연료전지 분야 선도업체인 퓨얼셀파워와 미국의 Clear Edge Power(CEP) 사를 인수 합병해 연료전지 원천기술을 바탕으로 발전용부터 주택용까지 풀 제품 라인업을 구축해, PEMFC(고분자 전해질막 연료전지) 및 PAFC(인산형 연료전지)기술을 확보했다. 차세대 연료전지인 SOFC는 MCFC와 더불어 발전형 시스템의 주력 기술로, 미국의 Bloom Energy를 통해 시장을 형성해왔고, 최근 일본 진출을 통해 시장 확대에 힘쓰고 있다. 국내에서는 한전 전력연구원(KEPRI)을 포함하여 KIER, KIST, KICET 등 정부출연구소를 중심으로 SOFC 핵심원천 기술을 개발 중이며, RIST, 미코社 등에서 1~10kW급 stack을 개발 중이다. 특히 전력연구원에서는 국책과제로서 1~5kW급 SOFC 시스템 개발이 수행되었으며, 현재는 3kW 가정용과 20kW 건물 및 MG용 SOFC 발전시스템을 개발하고 있다. 2017년에는 국내 최초로 컴팩트형 3kW급 SOFC 시스템을 개발하여 1,000시간 연속운전을 성공하였다. LG그룹의 경우 발전용 연료전지 셀의 원천기술을 보유한 영국 롤스로이스(Rolls-Royce plc)사의 자회사 ‘Rolls-Royce Fuel Cell Systems’의 지분 51%를 인수해 합자회사 LG Fuel Cell Systems Inc.를 설립했다. 현재 MW급 SOFC 시스템을 개발하고 있다.