수소연료전지기술, 충전장치·전력공급 보조장치 등 ‘유망’
수소연료전지기술, 충전장치·전력공급 보조장치 등 ‘유망’
  • 조대인 기자
  • 승인 2020.05.12
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특허 점유율 낮고 출원 증가율 높아 잠재적 가능성 커
김재경 에경연 연구위원, 특허분석 동향·시사점 통해 밝혀
수소 기술개발 로드맵의 수송수단 적용 연료전지시스템 개발 로드맵
수소 기술개발 로드맵의 수송수단 적용 연료전지시스템 개발 로드맵

[투데이에너지 조대인 기자] 수소를 통한 전력공급 보조장치, 충전장치, 수소센서, 수소 공급 및 충전방법, 전해질, 전해질막기술 등이 수소연료전지 기술분야에서 유망한 기술이라는 평가를 받았다.

특허 점유율이 낮지만 특허출원 증가율은 높아 잠재적 가능성이 있는 분야로 꼽혀 미래에 유망한 기술으로 기대됐기 때문이다.

기술개발 초기분야로는 가스발생장치, 수소흡수용 탄소질재료, 연료처리장치, 금속산화물 촉매, 수소분리 등의 기술이 기술개발 도입기에 속하는 것으로 나타났다.

김재경 에너지경제연구원 연구위원, 김영호 대신특허사무소 변리사는 ‘특허분석을 통한 수소연료전지 기술개발 동향과 시사점’이란 연구를 통해 이같이 밝혔다.

수소연료전지 세부기술별 특허출원 현황에 따르면 연료전지시스템이 1만8,787건으로 73%를 차지해 가장 높은 비중을 차지하는 것으로 나타났다.

뒤를 이어 혼합기체 수소정제 관련 특허가 2,531건으로 10%, 연료전지 전극이 1,810건으로 7%, 금속산화물 촉매 466건으로 2% 등의 순으로 출원됐다.

수소연료전지 기술시장을 선점하기 위한 주요 국가들은 연료전지시스템 기술과 혼합기체 수소 정제기술을 역점 기술로 개발하고 있는 것으로 드러난 셈이다.

다음으로 연료전지 전극 기술, 금속산화물 촉매, 전력공급 보조장치 기술에 대한 연구도 활발했다.

미국의 경우 전기에너지 변환, 수소분리, 가스발생장치, 연료처리 장치, 전해질 기술 등에서도 고르게 특허 출원이 이뤄졌다. 

반면 연구개발이 시급한 공백기술분야는 주요국이 공통적으로 수소공급, 충전, 수소센서, 수소흡수탄소, 전해질막, 충전장치 등인 것으로 나타나 세부 기술에 대한 연구개발 투자가 요구되는 것으로 평가됐다.

특히 충전장치 기술 또는 수소흡수용 탄소질재료 관련 기술의 점유율이 극히 낮아 앞으로 특허를 발표할 가능성이 커 앞서 개발이 시작될 경우 기술적 우위를 선점할 수 있는 분야로 꼽혔다.

지난 1971년부터 출원되기 시작한 수소 연료전지기술은 1987년 50건 이상 출원되기 시작했고 이후 점진적으로 증가해 2001년부터 2012년까지 특허 출원량이 연 1,500건 이상 늘어났으며 2009년 이후부터 현재까지 연 1,000건 정도의 특허가 출원되는 것으로 나타났다.

지난 2018년 누적 2만5,630건의 수소 연료전지 관련 특허출원이 이뤄진 가운데 현재까지 약 3만건의 특허가 출원된 것으로 파악됐다.

국가별로는 일본특허가 1만732건으로 유효특허 중 42%를 차지했으며 미국특허는 4,326건으로 17%, 중국특허가 3,966건으로 16%, 한국특허는 2,870건으로 11%, 국제특허가 1,893건으로 7%, 유럽특허 1,843건으로 7% 등의 비율을 차지했다.

수소연료전지 기술 특허는 일본이 중국과 미국에 비해 2배 이상 많은 편이었으며 한국이나 유럽 및 국제특허에 비해서도 3배 이상 출원해 수소연료전지에 대한 일본의 연구개발이 가장 활발했다.

수소연료전지 특허 주요 출원인 분석에 따르면 일본 토요타자동차가 1,825건을 출원해 가장 많았으며 파나소닉이 1,320건, 니싼자동차가 1,169건, 혼다자동차가 915건, 삼성SDI가 751건, 현대자동차가 734건, 마쓰시타 전기 701건 등이었다.

다출원 상위 출원인 15위 중 일본 국적 출원인이 11인으로 절대 우위를 차지했다.

수소연료전지특허 출원이 가장 높은 일본 토요타자동차는 1,825건에 이르는 출원 특허 가운데 일본이 1,170건, 미국 221건, 중국 165건, 중국 165건, 국제 123건, 유럽 82건, 한국이 64건의 특허를 출원했다.

토요타자동차는 연료전지시스템분야에만 1,550건의 특허를 보유했던 것으로 나타났다.

2위를 차지한 파나소닉은 1,320건의 특허 중 한국 76건, 미국 144건, 일본 802건, 유럽 156건, 중국 38건, 국제 104건의 특허를 보유해 세계 시장에서 기술 확보에 대한 의지가 높았던 것으로 나타났다. 파나소닉은 혼합기체 수소 정제기술에 418건의 특허 출원을 해 상대적으로 많은 특허를 보유했다.

마쓰시타 전기는 연료전지 전극기술에 125건의 특허를 보유해 역점 기술 확대 대상으로 삼았던 것으로 보인다.

지난 2008년부터 소폭 감소한 후 현재까지 꾸준히 출원되고 있는 수소 연료전지 기술 관련 특허는 일본에서 가장 활발했다.

토요타자동차의 경우 연료전지시스템 개발에 가장 역점을 두고 있지만 연료전지 전국, 혼합기체 수소 정제기술에 대한 특허도 다수 보유하고 있는 것으로 나타났다.

파나소닉은 혼합기체 수소 정제기술에, 마쓰시타 전기는 연료전지 전극 기술이 우세했다.

국내 출원인인 삼성SDI, 현대자동차, LG전자 등은 연료전지시스템 개발에 중점을 둔 것으로 나타났다.

수소 연료전지에 대한 특허출원으로 봤을 때 수소공급, 수소충전, 수소센서, 수소흡수 탄소, 전해질막, 충전장치에 대한 특허가 적어 이 기술에 대한 연구개발이 공백 기술로 평가됐다.

그만큼 연구된 바가 적어 새로운 특허를 발표할 가능성이 높고 앞서 개발이 이뤄진다면 기술 우위를 선점할 수 있을 것으로 기대되기 때문이다.

비록 특허 점유율이 낮지만 증가율이 높은 것은 잠재적 가능성이 있는 분야로 전력공급 보조장치, 충전장치, 가스센서, 수소공급 및 충전방법, 전해질막 기술이 미래에 유망한 기술로 꼽히고 있다.

미세먼지를 줄이고 온실가스 감축을 위해 수소 연료전지 기술에 대한 관심도가 적지 않은 만큼 연료전지, 부품에서 시스템에 이르기까지 연료전지 제조방법에 대한 추가적인 연구개발이 꾸준히 진행돼 왔고 앞으로 더 확대될 것으로 전망되는 만큼 수소차 등의 운송 및 휴대용, 소형화 관련 기술이 미래 기술이 될 수 있는 만큼 이에 대한 관심과 투자, 기술개발이 이뤄져야 할 것으로 보인다.


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