수소 연구 동향
수소 연구 동향
  • 김종원 교육과학기술부 수소에너지사업단장
  • 승인 2010.09.28
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수소에너지 기술 실용화 활발

▲ 김종원 교육과학기술부 21세기 프론티어사업 수소에너지사업단장
산업혁명 이후 약 2백여년 동안 화석연료가 주력에너지로 자리 잡음으로써 환경오염과 화석연료 고갈 문제는 해결되어야 할 당면과제로 자리 잡았다.

1970년대 초 제1차 석유위기 이후 수소에너지시대를 꿈꿔 왔고 21세기 들어 전 세계가 본격적인 연구개발에 힘을 기울여 왔지만 궁극적인 수소경제를 이루려면 아직은 더 많은 시간이 필요하다. 수소가 전기와 같은 2차에너지여서 기술적 경제적 관점에서 쉽지 않은 경로이기 때문이다.

현재의 시점에서 본다면 전 세계적으로 이미 연간 5,000만 톤에 이르는 수소를 산업용으로 사용하여 왔기에 충분한 경험이 있고 화석연료에서 수소를 만들어 이용하더라도 에너지효율로 보아 이점이 있으며 대표적 이용기술인 연료전지기술도 틈새시장 진입이 가능한 수준까지 와 있는 분야도 있다. 

요즈음의 수소연료전지분야의 연구자들은 ‘기초로 돌아가기(back to the basic)’에도 힘을 기울이고 있다. 실증사업도 진행되고 있고 또 일부 기술은 가까운 시일 내에 상업화를 예측하고 있는 시점에서 새삼스레 기초를 논하는 이유는 ‘성능은 좋으면서도 가격은 싸야 한다’는 경제성 조건이 대부분 소재라고 하는 걸림돌을 만나게 된다는 점에 있다.

하지만 연구 초창기와는 달리 상당한 연구 성과가 축적된 지금은 기술적 장애요인의 구체적인 이해와 분석 평가가 뒷받침해주고 있다는 점에서 미래를 위해서도 매우 고무적이라 할 수 있다.

세계적인 경제침체와 맞물려 다소 수소경제의 추진력 상실이 있어 온 것은 사실이지만 큰 변화가 있는 것은 아니다. 수소에너지에 대한 기술력이나 투자로도 가장 큰 비중을 차지하고 있는 미국의 경우를 보자.

부시정부는 2003년을 기점으로 5년간 12억달러를 투자하는 ‘Hydrogen Fuel Initiative’ 이후 ‘FreedomCar and Fuel Program’을 통해 연 3억달러 수준까지 증액시켜왔고 2003년 말 10년 계획의 IPHE(수소경제를 위한 국제파트너십)도 주도적으로 출범시켰다.

2009년 초 미국 오바마 행정부로 바뀌면서 2010년 예산안에서 미 의회는 전년도와 같이 연료전지기술을 수소기술 프로그램 하에서 진행하는 것으로 해 예산규모를 요구액보다 크게 늘린 1억7,400만달러를 세출예산으로 최종 결정하였다.

미 행정부도 2011년 예산 규모는 2억6,800만달러 수준으로 요청하고 있는 상태이다. 미국도 지금까지 투자해 왔고 또 기술적 강점이 있는 차세대 기술을 포기한 것이 아니라는 점을 강조한다.

기술 혁신을 위해서도 미국 에너지부는 2009년 전국의 대학, 국립연구소, 비영리 조직, 민간 기업연구소 등 46개의 혁신 에너지 연구소(Energy Frontier Research Centers: EFRCs)에 5년 동안 3억7,700만달러를 제공하기로 했다. 이중 2억7,700만달러는 American Recovery and Reinvestment Act에서 제공되며 나머지 1억달러는 에너지부의 예산에서 나오는 것으로 현재 에너지기술 문제점의 분석 해법을 찾고 핵심원천기술을 확보하겠다는 전략이다.

에너지면에서 우리와 비슷한 사정인 일본은 어떠할까. 수소 경제 구축을 위한 연구개발과 상업화 활동을 일찍부터 수행해온 나라 중 하나인 일본은 교토의정서를 통해 협약된 2010년까지 6%의 온실가스 감축, 과다한 원유수입 의존 감소, 신에너지기술과 관련한 선두위치 확보를 위해 수소기술개발과 관련해 많은 투자를 해왔다.

특히 고이즈미 정권 때에는 연료전지 기술을 경제 부흥의 돌파구로 기대하고 있을 정도로 많은 정책지원과 투자를 해왔으며 이후에도 최소 연 200억엔 규모의 투자를 유지하고 있다. 연료전지 실용화를 위한 기업체 중심의 협의체(연료전지실용화추진협의회)도 2001년에 만들어져 연료전지 실용화 보급을 위한 과제해결을 위해 기업자체의 노력과 아울러 국가의 시책에 반영하고자 하고 있다.

비록 현실은 지난 고이즈미 내각에서 세운 기술개발 및 보급 목표와는 큰 차이가 있지만 소재에서부터 시스템에 이르기까지 경쟁력을 갖추기 위한 노력과 수소기술의 현실화를 집중적으로 추구하겠다는 의지를 표명하고 있다.

세계의 강국으로 부상하고 있는 중국의 경우도 이 흐름에서 크게 다르지 않다. 올해 5월  독일 에센에서 열린 18차 세계수소에너지대회의 기조강연에서 중국의 과기부 장관은 ‘수소기술개발의 가속화와 이산화탄소배출 저감의 추구’라는 제목으로 2006~2020년까지의 중장기 과학기술계획을 발표하면서 7개 에너지분야 즉, 에너지효율개선, 석탄청정이용, 원유공급안보를 위한 기술적 지원시스템, 원자력, 송전과 배분, 재생에너지 대규모 이용 기술, 수소연료전지기술을 국가에서 중점적으로 지원하겠다고 밝혔다.

▲ 수소에너지 지원개발 연구소 내부모습.

 

 

 

 

중국의 전기자동차, 연료전지자동차의 개발 로드맵도 세계적인 자동차 회사들이 발표하는 것과 비슷하게 2015년 이후 시장에 출시할 계획을 가지고 있다. 2015년도에 100만대, 2020년대에 1,000만대 수준의 환경친화자동차(전기, 연료전지, 하이브리드자동차)를 만들어 내겠다는 목표 수치를 보면 이 분야를 주도하겠다는 강력한 의지가 엿보인다.

신기술이 상업화를 앞두고 있다면 반드시 거쳐야 하는 것이 국제표준화이다. 지식경제부 기술표준원과 함께 수소연료전지분야 표준화를 담당하고 있는 한국정밀화학산업진흥회의 동향보고서에 따르면 1990년 수소관련 국제표준기구(ISO/TC197)에는 현재 정회원 19개국, 준회원 13개국이 참여하고 있으며 우리나라는 2001년 정회원으로 가입하여 활동하고 있다. 

현재 액체수소-육상자동차 연료시스템 인터페이스 등 13개의 규격이 제정되었으며 차량용 저장용기 등 7종의 규격은 작업 중에 있는데  대부분의 수소관련 국제표준은 기술 선진국인 유럽과 일본을 중심으로 개발되고 있음을 보여주고 있다.

이보다는 늦은 1999년 설립된 연료전지기술의 국제표준기구(IEC/TC105)에는 정회원 15개국, 준회원 14개국이 참여하고 있으며 2002년 우리나라도 정회원으로 가입하였다. 연료전지관련 국제표준은 연료전지기술용어 등 9개가 제정되었고 11종이 개발 중이다. 

연료전지를 시장에 쉽게 접근시키는데 중점을 두고 있으며 표준화도입을 요구하는 모든 규격에 최우선을 두고 추진 중이다.

이러한 표준화와 관련한 일들을 추진함에 있어 공개가능한 시험결과의 축적과 관련기업 및 연구기관의 유기적인 협력이 필요함을 절감하고 있다.

특히 최신기술동향과 표준화 동향을 지속적으로 대처하고 자료를 공유하여 관련업계의 기술향상과 국내 연구방향 설정에도 도움을 주어야 국내기업과 제품의 경쟁력 향상도 꾀할 수 있다.

언급한 바와 같이 국제표준도 만들어지고 있기는 하지만 기술적 제도적 및 정책적 오류를 충분히 피할 수 있도록 준비해야 하는 일도 게을리 하지 말아야 할 것이다.

마찬가지로 연간 1,000억원에 이르는 연구개발을 해온 수소연료전지분야의 실용화에 이르는 전략을 소홀히 하는 것도 있어서는 안 될 일이다.

지난 7월에는 울산지역을 중심으로 지자체와 관련기업들의 참여로 지역의 연구개발 기반 확충과 시장진입 노력을 위한 그린수소산업연구회가 발족하였다.

또 9월1일의 제48회 국가과학기술위원회 운영위원회에서 확정한 국가적 차원의 범부처 신재생에너지 R&D 추진전략에서 보듯이 국가에서도 집중 투자해온 태양광·풍력·연료전지분야를 선진국과 대등한 수준으로 끌어올리고 차세대 핵심기술 및 부품·소재·장비 R&D에 집중투자해 세계적 제품·기술을 확보하고자 하고 있다.

또한 부처간 업무 조정, 공동 추진사업 발굴 및 정보교류 협력과 전략 로드맵을 공동으로 작성할 계획이라 한다. 우리의 미래를 준비하고 대비하는 일은 소홀히 할 수 없는 일이며 우리가 아닌 그 누군가가 대신해 주는 일이 아님을 다시 한 번 강조한다.


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