▲ ▲지난 4월 제주도에서 열린 아시아수소저장심포지엄에 총 8개국 90여명의 과학자가 모여 수소에너지의 미래를 논의했다.. ▲지난 4월 제주도에서 열린 아시아수소저장심포지엄에 총 8개국 90여명의 과학자가 모여 수소에너지의 미래를 논의했다.

▲ ▲김종원 교과부 21세기프론티어사업 수소에너지사업단장/한국에너지기술연구원 책임연구원. ▲김종원 교과부 21세기프론티어사업 수소에너지사업단장/한국에너지기술연구원 책임연구원

인류의 궁극적인 에너지이자 청정에너지인 수소를 만들고 이를 효율적으로 이용하고자하는 연구는 세계 각국에서 끊임없이 진행되어온 프론티어 영역이다. 교과부의 21세기 프론티어사업인 수소에너지사업단 역시, 수소를 에너지체제로 끌어들이려는 노력의 한 축을 담당하여 왔다. 이러한 도전적인 일은 국제 협력도 중요하기에, 지난 4월22일부터 25일까지 제주 서귀포 KAL호텔에서 ‘아시아수소저장심포지엄(AHSM 2012)’을 열었다. 심포지엄에는 한국, 일본, 중국, 미국, 이란, 인도, 싱가포르 및 덴마크 등 총 8개국 90여명의 과학자가 수소저장의 핵심 주제인 금속수소화물, 수소흡착, 비가역수소저장, 착수소화물 등 4개 분야, 68건의 발표주제에 대해 토론을 한 바 있었다.

이번 6월24~ 27일 4일간 르네상스서울 호텔에서 ‘ICH2P-2012 (국제수소제조회의)’를 개최하여, 최신 정보를 교환하고 비전을 공유하는 것도 같은 맥락이다. 수소에너지사업단과 한국수소및신에너지학회가 주관하는 이번 대회에서는 우리나라와 미국, 캐나다, 독일, 일본, 중국 등 28개국, 300여 수소에너지전문가가 참석하여, 재래의 수소제조기술 뿐만 아니라, 궁극적인 기술인 광화학, 생물학적 및 열화학적인 수소제조기술을 발표한다. 특히, 2013년 3월 사업 종료를 앞두고 있는 수소에너지사업단 등 국내 수소연료전지 연구자들이 참여하는 이번 국제학술대회에서는 수소에너지와 관련된 저장, 연료전지, 연소, 인프라 등 기조강연을 포함하여 12편의 초청강연, 241편의 연구논문 등 253편이 구두 및 포스터로 발표된다.

이번 대회에서는 전기와 화학원료의 동시 생산이라는 추세에 맞추어, 재생에너지와 연계한 수소생산, 원자력과 연계한 수소생산 등이 주목을 끌고 있다. 이미 몇 차례 국내 강연을 통해 잘 알려진 제러미 리프킨의 ‘제3차 산업혁명’이라는 저서에서 보듯이, 재생 가능한 에너지의 폭넓은 이용, 필요한 에너지를 스스로 생산하는 빌딩 건설, 그리고 수소로 에너지를 축적하는 방식으로의 전환 등은 중요하다.

미국 오바마행정부가 들어선 이래 전반적인 정책변화가 있기는 하지만, 2011년 11월, ‘수소로의 전이를 가속화하기 위한 파트너십’(PATH, Partnership for Advancing the Transition to Hydrogen)의 연례보고서에 따르면, 수소연료전지 분야의 투자액은 20여 개국에서 총 56억 달러에 이른다. 현재 수소연료전지 산업의 전 세계 고용인원은 대략 4만명 수준으로, 2019년 말이면 시장규모도 380억 달러 수준이 될 것이며, 70만개의 일자리가 만들어질 것으로 추산하고 있다. 세계 수소시장은 2011년 5,500만톤이며, 2016년은 30% 증가된 7,000만톤으로 예측하고 있다.

수소경제를 주창하던 초기에는 비전은 있으되 기술이 없었지만, 지금은 적어도 수소가 경제체제에 진입 가능하게 할 상당한 수준의 기술이 있다. 퓨얼셀투데이에서 분석 발표한 바에 따르면 우리나라의 연료전지분야 특허출원 수는 일본, 미국, 독일에 이어 세계 4위에 해당되며, 2005년과 비교해도 대단히 성장하여, 2010년만을 보면 독일과도 거의 비슷한 수준임을 다시 한 번 언급하지 않을 수 없다.

연료전지의 시장은 어느 분야에서 열릴 것인가? 독일은 수소연료전지 시장이 수송용 54%, 정치형 36%, 기타 IT나 통신용으로 10%를 보고 있다. 독일은 다년도 연구프로그램(NIP, 2007-1016)으로 연구개발과 실증을 연계한 시장 주도형이며, 연방정부에서 관리하는 구조를 가지고 있다. 이 기간 중 총 253개 프로젝트에 539개 기관이 참여하며, 투자액은 총 4억8,100만유로로서, 독일연방건설교통부(BMVBS) 3억700만, 독일연방경제기술부(BMWI)에서 1억7,400만유로를 분담한다.

미국은 부시행정부 당시 ‘경제에 수소연료전지를 도입하기 위한 국제 파트너십(IPHE)’을 주도하여온 나라이다. IPHE는 원래 10년간의 한시적인 국제기구였으나, 다시 10년간 연장하여 운용하기로 합의됐다. 미국의 청정에너지분야를 청정에너지특허지수(clean energy paten growth index)로 보면, 연료전지분야의 특허가 2011년 950건으로 두 번째인 태양광분야 540편에 비해 두 배 수준으로 선도적인 역할을 하고 있다. 미국의 수소연료전지 프로그램을 보면, 상용화 과정에서 직면할 장애요소를 제거하는데 집중하고 있어서, 수소연료전지의 연구와 기술실증 뿐만 아니라 제조기술, 안전 및 표준화, 교육 등 시장 진입을 위한 준비도 수행하여 수소연료전지 시스템의 내구성, 효율의 상승과 가격 저감에 기여해 왔다. 연료전지 상용화는 수송용, 정치형, 보조동력, 백업파워, 이동형 등 다양하게 이루어지고 있다. 향후에도 △수소, 연료전지, 안전, 코드/표준화 등 연구개발을 지속 강화 △혁신적인 기술에 대한 선택·전략적 실증 수행 △연구개발 실증과 향후 방향에 지침을 줄 핵심 분석 지속 △효과를 극대화할 소통과 홍보에 대한 지속적 강화를 할 것이라고 말하고 있다.

▲ ▲건물용 연료전지는 전기와 열을 함께 생산하며 고효율·청정성으로 도심형 에너지원으로 자리매김하고 있다.(사진:서울시 서북병원에 설치돼 가동 중인 포스코에너지의 100kW 건물용 연료전지). ▲건물용 연료전지는 전기와 열을 함께 생산하며 고효율·청정성으로 도심형 에너지원으로 자리매김하고 있다.(사진:서울시 서북병원에 설치돼 가동 중인 포스코에너지의 100kW 건물용 연료전지)

수소연료전지 연구개발에 나서고 있는 대표적인 나라 중 하나인 일본은 2012년 193억3,000만엔을 투자하며, 이중 가정용 연료전지인 에네팜에는 90억엔을 배정했다. 2011년 에네팜 예산은 원래 86억7,000만엔이었으나, 후쿠시마원전 사고 이후로 에너팜 구입 신청이 폭주하여 2차에 걸친 증액으로 총 175억7,000만엔이 지원된 바 있었다. 일본은 2009년부터 에네팜의 보조프로그램을 도입하여 2015년까지 지속할 예정이며, 2016년부터는 보조금 없이도 보급 가능할 것으로 보고 있다. 에네팜은 2010년 현재 누적 1만15대가 설치되었으며, 2012년에는 누적 4만310대를 설치하는 것으로 계획하고 있다. 대당 예산 지원은 2009년 140만엔에서 2012년은 절반인 70만엔으로 하향 조정됐다. 일본의 계획을 요약한다면, 2015년을 목표로 연료전지자동차의 상용화를 목표로 하고 있으며, 수소연료전지 분야 규제안에 대해서는 16개 조항을 개정 보완할 예정이고, 주택용 연료전지는 보조금을 통해 초기상용화를 돕고 있다.

부시행정부에서 출범한 IPHE가 ‘수소경제를 위한 국제파트너십’이라는 명칭을 가졌다가 오바마 행정부에서 ‘경제에 수소연료전지를 도입하기 위한 국제파트너십’ 이라는 말로 바꾸었듯이, 지금은 수소경제라는 단어의 사용이 줄어든 대신, 사람들은 수소를 에너지시스템에 필수적인 보조 수단으로 인식하고 있다. 초기에 수소경제 체제로의 변환이 쉽게 일어날 수 있다는 낙관적인 생각이 지배적이었다면, 지금은 좀 더 현실적으로 바뀌게 되었다고 본다. 세계 수소연료전지 산업을 선도하고 있는 기업 중의 하나인 발라드사의 셰리단 회장은 19차 세계수소에너지대회의 기조 강연에서, 2005년까지가 기존의 패러다임에 기초한 시기 이었다면, 과도기를 거쳐 2010년 이후는 새로운 패러다임에 의한 시기라고 구분했다. 기존 패러다임에서는 환경적으로 우수한 기술이라면 시장에서 받아들여 질 것이라는 환상에 기초하고 있으나, 새로운 패러다임은 신기술이 시장에 이익을 주는 방향으로 이동해, 정부 보조금에 기대지 않아도 이익 창출이 가능한 분야가 생기고 있다는 것이다.

화석연료에서 재생가능에너지, 불안정한 공급 상태(volatile)에서 사용자가 제어 가능한 공급형태(user-controlled supply), 폐기물과 공해물질 배출에서 무공해, 외국의 자원의존으로부터 지역 공급 가능한 에너지로 바뀌어 가고 있다. 재생에너지나 원자력 등 잉여전력을 수소로 바꾸어서 저장하거나 수송에너지로 이용하면, 다양한 가치를 창출해 낼 수 있다. 또 기존 전기시스템과 천연가스 시스템과 연계한다면, 에너지 운송도 가능하고 저장도 쉽게 된다는 이점이 있다는 게 지금 유럽과 미국 등의 시각이다.

수소연료전지 분야에는 아직도 기술적인 도전과제는 존재한다. 이것은 패러다임 변화를 가져오는 에너지기술 모두에 똑같이 적용된다. 다만 수소연료전지 분야는 그중 가장 도전적인 분야이기에, 우리가 바라는 것보다도 더 오래 걸리고 예상했던 것보다 더 많은 비용이 든다. 수소연료전지기술은 이미 있는 시장에 들어가 있는 기술을 대체하는 신기술이다. 경쟁자는 많고 시장을 쉽게 내주려 하지 않고, 소비자는 적어도 현재 사용 중인 것과 같은 성능과 가격을 요구한다. 이미, 가격과 신뢰성이 증명된 경쟁력이 있는 제품이 나오고 있고, 중요 응용분야인 수송 분야도 2015년을 목표로 준비해 왔다. 인프라 비용이 크기는 하지만, 파트너십으로 부담할 만하다고 분석하고 있다. 미국 국립 아카데미는 자동차 구입보조에 400억달러, 인프라 구축에 80억달러를 예상했고, 이점은 매킨지 보고서에서도 비슷하다. 어느 기업 회장이 말한바와 같이, 성공의 기본은 장기적인 전망을 가지고 혁신하고 인내하는 것이다. 지속적인 연구개발과 실증, 적합한 정책 수립과 국제적 협력 강화로 성공하기를 기다리고 있는 게 수소연료전지 기술이다.