수명 5000시간 수소전지 나온다

[2009 녹색성장 비전] 수명 5000시간 수소전지 나온다

서울신문 | 입력 2009.03.04 04:14

 

[서울신문] '영원히 지속되는 에너지. 아무리 써도 없어지지 않는 에너지.' 미국의 부시 대통령이 2004년 초 연두교서에서 '수소경제'의 필요성을 언급하면서 내세운 이유들이다. 신재생에너지의 급성장에도 불구하고 많은 학자들은 이들의 궁극의 에너지는 다른 모습일 것으로 예측하고 있다. 자연에서 얻어지는 에너지는 변화무쌍한 자연의 상황에 따라 공급에 차이가 생길 수 있기 때문이다. 1차 석유위기가 닥쳤던 1974년 학자들 사이에서는 무궁무진하게 존재하는 수소가 석유를 대체할 수 있는 궁극의 에너지가 될 수 있다는 의견이 제시됐다. 수소는 연료로 직접 연소시킬 때를 제외하고는 물을 부산물로 생성할 뿐 이산화탄소를 발생시키지 않는다. 무한한 자원인 물을 이용해 태양광·풍력 등의 청정에너지로 생산이 가능하고, 다시 물로 재순환이 이뤄진다.

■ 투자·기술 선두 미국

"중국, 인도 등 고성장국가들의 지속적인 화석연료 사용 증가가 세계 기후와 지역 대기 환경오염에 미치는 영향에 주목해야 한다. 특히 이들의 경제 성장이 에너지 수요 문제 때문에 제한을 받을 가능성이 크다. 새로운 패러다임이 필요한 시기다."

2008년 호주에서 개최된 '세계 수소에너지 대회'에서 각 나라 관계자들은 시장 수요와 경제 논리에 의해 지배되던 에너지의 생산 및 이용 산업이 끝나가고 있다는 데 의견을 같이했다. 참가국들이 채택한 성명서는 에너지 산업이 '사회적·환경적인 영향'을 중심으로 돌아가야 한다고 주장하면서 수소에너지의 역할에 더욱 큰 관심을 가져야 한다고 촉구했다.

수소에너지 산업은 1~2년 안에 부가가치를 창출할 수 있는 분야가 아니라 긴 시간이 필요한 기술적 과제들이 산재해 있는 미지의 영역이다. 이 때문에 전세계적으로 기업보다는 정부가 수소에너지 산업을 주도하는 경향이 공통적으로 나타나고 있다.

현재 전세계 수소에너지 기술을 주도하는 나라는 단연 미국이다. 미국은 수소경제를 처음으로 주창한 나라답게 각종 기술과 산업성 측면에서 다른 나라를 압도하고 있다. 미국 에너지성(DOE)이 2015년이면 주요 목표 기술을 완성해 2020년 기업들이 상품에 본격적인 수소경제의 개념을 도입할 것으로 내다보고 있는 것도 이같은 자신감이 뒷받침되기 때문이다.

미국 DOE는 2004년부터 대통령의 수소연료 발의(Initiative)를 구체화하기 위해 수소와 연료전지에 관한 연구 과제를 확장하고, 통합하는 등 수소 프로그램을 DOE 주도로 추진하고 있다. 올 1월 발표된 DOE의 의회보고 자료에 의하면, 2004년 이후 2008년까지 5년 동안 에너지성은 대통령의 5개년 투자 공약에 따라 약 8억 3000만달러에 이르는 공적 자금을 해당 분야에 투자했고, 민간부문의 투자분까지 합치면 이 금액은 약 12억달러로 늘어난다.

이같은 투자를 통해 미국은 천연가스에서 1갤런의 가솔린과 동등한 에너지의 수소를 생산하는 데 드는 비용을 3달러까지 낮춘 상태다. DOE 측은 2015년이면 이 비용을 2달러까지 낮출 수 있을 것으로 자신하고 있다. 자동차용 연료전지의 제조비용은 2002년 275달러/㎾에서 2008년 73달러/㎾ 수준으로 낮아졌고, 연료전지 시스템의 수명은 2006년 950시간에서 2008년 1900시간으로 연장됐다. 2015년 목표치는 30달러/㎾, 5000시간에 이른다.

또, 미국 연구진들은 수소 저장을 위한 물질 및 방법 개발 측면에서도 잠재적으로 수소저장률을 50%까지 향상시킬 수 있는 냉동-압축(cryo-compressed) 탱크 개념이 현실화될 수 있다는 것을 입증한 상태다. DOE는 수소경제의 성공 여부가 '기술의 시장 변환(Market Transformation)'에 달린 것으로 분석하고 있다. 아무리 좋은 기술로 훌륭한 에너지를 만들어도 초창기에 시장이 형성되지 않으면 원활한 기술 전환이 불가능하기 때문이다. 올초 DOE가 발표한 '수소와 연료전지 시장에 대한 정보 요구(RFI)'의 탄생 배경이다. 구체적으로는 초기 시장성을 규명하기 위해 관련 일자리, 성능 규명 데이터, 수요 개척 및 시장 성장 촉진, 시장 침투를 가로막고 있는 기술외적인 장벽을 감소시키는 것과 관련된 정보 등이 총망라돼 있다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

■ 도움말:한국과학기술정보연구원 서민호박사

■ 무한한 잠재력 한국

특허·논문발표 등 연구인력 세계 5위

하이브리드 자동차 최첨단 기술 자랑

세계 10위의 에너지소비국, 소비증가율 1위, 이산화탄소 배출 세계 10위, 배출증가율 세계 1위.

석유 이후에 도래할 수소경제는 우리나라 입장에서는 획기적인 기회이기도 하다. 모두가 비슷한 출발점에 있기 때문에 관련 기술을 선점한다면 에너지 수입국이 아닌 에너지 수출국으로 입장이 180도 바뀔 수 있기 때문이다.

특히 다른 미래형 원천기술에 비해 각국간 격차가 좁다는 사실은 수소 기술을 연구하는 과학자들이나 정부, 기업 입장에서 투자의 당위성을 인정하기에 충분하다는 것이 관계자들의 공통된 견해다.

●정부 주도로 美·유럽 시장 도전

수소경제 관련기술의 시장규모는 미국과 유럽만 해도 2010년대 말 230억달러에 이를 것으로 예측되며, 국내에서도 오랫동안 관련 기술을 연구하고 투자를 해왔다. 그러나 미국, 일본, 유럽연합(EU) 등이 산업과 기술을 철저히 구분해 미래 기술인 수소에 투자하고 있는 것에 비해 한국은 완전히 국가 주도로 기술을 개발하고 있다.

특히 국내 기업들이 2차전지와 석유를 중심으로 한 전기 하이브리드 자동차 등에 집중적으로 투자하고 있기 때문에 이와 경쟁 관계인 연료전지와 수소자동차에 대한 투자는 상대적으로 미약했던 것이 사실이다.

하지만 최근 들어서는 저탄소 차량이 아닌 무공해 차량에 대한 관심이 높아지면서 연료전지와 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다.

우리나라는 교육과학기술부와 지식경제부 산하에 다양한 사업단을 두고 수소에너지 핵심 기술 개발에 적극적으로 도전하고 있다. 수소에너지사업단, 수소연료전지사업단, 원자력수소사업단, 석탄 가스화 전기수소 사업단 등이 대표적인 예다. 수소경제의 틀을 이뤄야 할 궁극적인 수소 제조기술이나 저장기술, 이용 기술을 개발하는 위 사업단 이외에 기간시설, 표준화 등 인프라 분야에서도 최근 몇 년 사이에 상당한 진전을 이뤘다.

●태양광·물 이용한 제조기술 성과

국제에너지기구(IEA)에 따르면 신재생에너지에 대한 정부 투자액은 전 세계적으로 매년 80억달러로, 이중 수소에너지 관련기술이 10억 달러를 차지하고 있다. 기업체 투자분이 정부투자분의 3~4배라는 점을 감안하면 수소연료전지 분야에만 최소 50억달러 정도가 매년 투자되는 셈이며, 이중 90% 정도가 미국·일본·유럽 등 선진국에서 투자하는 액수다. 우리나라는 아직까지 수소연료전지 분야의 국가경쟁력 분석에서 세계 1위 수준과는 큰 차이가 있지만, 특허나 논문·논문발표 등 연구 인력 수준은 5위권을 유지하고 있다.

현재 우리나라는 수소제조 분야의 핵심 과제인 태양광과 물만을 이용한 제조기술에서 상당한 성과를 거두고 있다. 수소에너지사업단은 물 분해를 돕는 광촉매, 미생물, 산화환원 매체를 개발해 상용화 단계에 접근한 상태다.

특히 광촉매 제조에 쓰이는 나노기술(NT), 미생물을 연구하는 바이오기술(BT) 두 분야는 국내 연구진의 기술 수준이 세계적으로도 높이 평가받고 있다.

국내 기업이 강점을 보이고 있는 자동차와 직접적으로 연계되는 연료전지 자동차 분야에서는 저장과 소재 분야에 대한 연구가 활발하다. 무엇보다 각 연구단과 기업이 정확한 목표를 정해놓고 표준을 만들어가고 있다는 점은 세계 각국과의 경쟁에서 우위를 점하기에 유리한 조건으로 평가된다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

■ 도움말:수소에너지사업단장 김종원박사

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