수소연료전지산학협력센터, 국내 수소연료전지 상용화에 적극 기여

[인더스트리뉴스 최홍식 기자] 수소연료전지와 관련해 우리나라는 세계적인 기술과 연구시설, 인력을 보유하고 있으며, 미래 에너지 분야를 이끌 기반 구축이 잘 마련되어 있는 상황이다. 특히 전북 부안에 위치한 한국에너지기술연구원 수소연료전지산학협력센터는 세계 3위 수준의 연구시설로서 국내 수소연료전지 상용화에 적극 기여하고 있는 곳이다.

수소연료전지와 관련한 부품 및 시스템 개발, 성능평가, 실증에 필요한 장비, 유틸리티 공간까지 모두 갖추고 있는 이곳은 국내 유수의 대학과 기업, 지자체 및 연구소들과 협력해 원천기술 연구를 활발히 진행하고 있다. 수소연료전지산학협력센터를 이끌고 있는 김태영 센터장을 만나 멀지 않은 미래에 맞이하게 될 수소경제사회를 전망해봤다.

수소연료전지산학협력센터 김태영 센터장 [사진=수소연료전지산학협력세터]

수소연료전지산학협력센터에 대해 소개한다면?

수소연료전지에서 핵심은 스택이며, 스택에서 가장 중요한 것은 스택의 가격저감 및 신뢰성 향상이다. 수소연료전지산학협력센터는 이 두 가지 목표를 위해 스택 및 주요 부품을 평가할 수 있는 인프라 구축 및 평가결과의 정밀 해석 및 문제점 예측을 위한 계산과학 플랫폼 개발에 집중하고 있다. 스택의 가격저감 및 신뢰성 향상이라는 두 과제 모두 제품의 완성도 및 신뢰성 향상을 절반의 비용과 시간에 이룩하게 하는 가장 강력한 핵심 툴 역할을 할 것이기에 센터의 비중 역시 높아질 것이라 생각한다.

수소연료전지란 무엇인가?

수소연료전지는 수소 공급을 통해 전기를 만들어내는 발전기의 한 종류이다. 전기와 열에너지를 동시에 활용할 경우 효율이 90%까지 이르러 기후변화시대 대응에 가장 적합한 발전시스템이다. 더욱이 매우 적은 부지 면적만을 필요로 하기에 다른 재생에너지 설비보다 공간 효율이 높다. 발전설비를 설치할 부지가 부족한 지역이나 상대적으로 토지 비용이 비싼 지역에서는 더 큰 활용도를 가질 수 있다.

기후조건에 따라 변동성을 가지는 태양광발전과 풍력발전은 설비 가동이 일정하지 않지만 수소연료전지는 연중 변동성 없이 가동이 가능하다. 또한, 수소연료전지는 수소 이외의 공기를 항상 필요로 하는데 공기 내 불순물이 있을 경우 전체 효율이 감소한다. 때문에 전처리 필터를 사용해 공기를 깨끗하게 하는 효과도 높다. 미세먼지 이슈가 심각한 상황에서 수소연료전지는 화력발전의 비율을 줄이고 깨끗한 대기 환경조성에도 큰 역할을 할 것으로 보인다.

많은 사람들이 경제적 문제뿐만 아니라 더 나은 생활환경을 추구하고 있다. 미세먼지 상태를 매일 확인하고 대기환경 개선에 대한 목소리가 높아지는 등 공기 질에 대한 관심이 그 어느 때 보다 높은 상황이다. 미세먼지 해결을 위해 노후 경유차 운행 제한, 화력발전소 가동 중단 및 폐쇄에 대해 지속적으로 문제를 제기하고 있다.

석탄발전은 LNG 발전 건설 단가보다 1/3정도 저렴하지만 환경오염 물질 배출로 추가 확산이 어려운 상황이다. LNG 발전의 경우 대형화를 시도하게 되면 인근 지역에 고층건물을 지을 수 없다는 개발 제한이 발생하며, 발전 건설 단가는 KW당 1,500달러 정도이나 송배전 시설을 포함하면 4,000달러 정도로 연료전지 발전 건설 단가(KW 당 5,000달러)와 크게 차이 나지 않는다. 설치 면적 확보와 환경적인 측면을 고려했을 때 결국 수소연료전지 발전이 훨씬 효율적일 수 있다.

국내외 수소연료전지 기술 동향과 확산을 위해 필요한 부분은?

우리나라의 수소연료전지 시장은 초기 단계이다. 이러한 초기 상황에서 수소연료전지의 확산을 위해서는 정부의 강력한 정책적 지원과 규제 법안이 뒷받침 되어야 한다. 지난 2011년 후쿠시마 원전 사고 이후 일본은 중앙집중형 발전 방식을 벗어나 분산형 발전 방식으로 정책을 전환했다. 이에 따라 가정용 연료전지의 확산이 이뤄졌으며, 현재는 20만대 이상의 가정용 연료전지 설비가 활용되고 있다.

일본이 강력한 정부 정책을 기반으로 수소연료전지 시장을 성장시키고 수소경제사회로의 진입을 앞두고 있는 것처럼 우리도 정부 차원의 강력한 정책 추진이 필요한 것이다. 올해 4월 이원욱 국회의원이 발의한 수소산업촉진법(가칭)과 같은 법률 통과가 시급하다. 해당법안은 수소경제사회 이행을 위해 수소특화단지 조성 및 고가의 공동장비 구축에 관한 행정‧재정적 지원을 국가 차원에서 마련해야 한다는 내용을 포함하고 있어 초기 투자비용이 높은 연료전지 사업 특성상 많은 중소기업이 혜택을 누릴 것으로 기대된다.

국내 수소연료전지 기술은 세계 3위 수준이다. 수소연료전지 자동차 1만대 양상 공장을 준공했고, 건물용 연료전지 3만5,000기 보급 등 초기 상용화 단계에 진입했다. 특히 발전용 연료전지는 두산퓨얼셀에서 인산형 연료전지를 1년에 65MW 정도 국내 생산할 수 있는 공장을 준공한 상태다.

재생에너지 활용에 있어 가장 앞서나가는 독일의 경우 온실가스 감축에 대한 국민 대대수의 공감과 탄소규제 비용 폭등 가능성을 우려해 수소 인프라를 늘리는 정책을 추진하고 있다. 고급화 기술인 수소연료전지 기술과 관련해 독일 자동차 기업들은 해외 기업들과 기술 협력을 진행하고 수소차 원천기술 확보에 노력하고 있다. 중국의 경우 2030년까지 연료전지 산업의 생산가치를 3,000억위안(약 52조원) 수준으로 끌어올릴 계획을 세우고 수소차 100만대, 충전소 1,000개 건설을 목표하고 있다.

수소연료전지산학센터 연구원들이 수소연료전지의 핵심 부품인 스택을 검사하고 있다. [사진=인더스트리뉴스]

수소연료전지 보급에 있어 걸림돌은 무엇인가?

수소연료전지는 크게 수송용·발전용·건물용 시장으로 구분할 수 있다. 국내에서는 현대자동차가 5,000억원이 넘는 돈을 투자해 연료전지 자동차를 개발하고 있다. 수소차 개발이 활발하게 이뤄지고 있는 만큼 1년에 50만대 생산이 이뤄지면 100kW급 스택을 500만원 수준으로 낮출 수 있을 것으로 예상된다.

다만, 수소차 보급에 있어 높은 가격과 부족한 수소차 충전소는 큰 걸림돌이다. 수소연료전지 차량의 경우 보조금 지원이 있더라도 약 4,000만원 정도의 가격이며, 수소충전소 1기 구축에는 30억원 정도의 비용이 필요해 비용 부담이 매우 높다.

더불어 수소의 활용에 있어 부생수소가 많은 지역과 그렇지 않은 지역에서의 수소가격 차이가 매우 크다는 것도 수소차 보급 확산을 위해 해결되어야 할 문제다. 이에 대해 정부 차원의 대안 마련이 필요한 상황이다.

수소연료전지산학협력센터의 향후 계획은?

수소연료전지산학협력센터는 기업들의 연료전지 제품 생산의 혁신성을 높이기 위한 노력을 지속할 계획이다. 국비 100억원, 지방비 71억원, 민간 25억원 등 총 196억원의 사업비를 투자해 ‘연료전지 신뢰성 평가센터’를 구축할 계획이다. 이곳에서는 제품 완성도 및 신뢰성 향상을 지원할 대형 인프라 및 체계 구축을 위한 연구개발 실증을 진행할 전망이다.

이와 더불어 노동집약적 실험기반 연구개발에서 벗어나 계산 과학을 통한 연구 효율화를 계속해서 추진해 나감으로써 연료전지에 대한 이해도를 지금보다 한 차원 더 높일 수 있는 연구를 진행할 계획이다.

[최홍식 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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