[사이언스온고지신] 알칼라인 수전해 국가수소중점연구실 지정 의의와 과제

강경수 한국에너지기술연구원 수소연구단장

2023년 11월 30일에서 12월 13일까지 제28차 유엔기후변화협약 당사국 총회(COP28)가 아랍에미리트(UAE) 두바이에서 개최됐다.

지구 온도 상승 억제 1.5도 목표 달성을 위해 화석연료의 점진적 폐지 의제에 합의하지는 못했지만, 2030년까지 에너지부문에서 화석연료로부터의 전환을 가속화하는 'UAE 컨센서스'를 채택했다.

재생에너지 용량 3배 확충, 에너지 효율 2배 상승, 그리고 재생에너지 이외에 원자력, 저탄소 수소 및 탄소 포집 활용·저장(CCUS) 등 기술을 주요 감축 수단으로 명시했다.

국제재생에너지기구(IRENA) 1.5도 경로(지구 평균온도 1.5도 이내로 상승억제)에 따르면 2050년 세계 전기수요는 2020년 대비 3배가 될 전망이고 최종 에너지소비에서 51%로 증가를 예상하고 있다.

이를 달성하는 데 전력시스템의 스마트화를 위한 100대 혁신과제를 선정했다. 이 중 전력-수소 연계에서 수전해를 통해 그린 수소를 생산하는 스마트 전기화에서 30개 혁신을 소개했다.

이들 혁신 내용 중 1번 항목이 가압 알칼라인 수전해다. 알칼라인 수전해는 다른 수전해 장치에 비해 저가고, 가압형으로 운전되면 재생에너지 변동성을 흡수하는 데 1분 내 반응할 수 있다.

1차 예비력 기능 수행이 가능해 재생전력과 연계된 전기시스템 스마트화에 필요한 기술로 제시했다.

우리나라는 2023년 12월 20일 12대 국가전략기술을 발표했으며 이 중 수소에너지 관련기술로 첨단모빌리티, 수전해 수소생산, 수소 저장·운송, 수소연료전지 발전기술이 포함돼 있다.

이는 전 세계적인 기후위기 대응을 위한 주요 감축 수단으로 명시된 수소에너지를 국가전략기술로 삼은 것이고 매우 시의 적절한 시기에 나온 대책으로 평가된다.

청정수소생산 관련 기술격차를 극복하기 위해서 분절적인 연구를 벗어나 통합적인 기술 개발 수행·관리가 필요하다.

이를 위해 지난 12월 18일 제6차 수소경제위원회에서 과학기술정보통신부는 수소중점연구실로 알칼라인 수전해 분야는 한국에너지기술연구원, 고분자전해질막(PEM) 수전해 분야는 한국과학기술연구원을 지정하고 구체적인 운영방안을 발표했다.

이는 제5차 수소경제위원회에서 발표한 '수소기술 미래전략'을 구체화하는 것이고 2030년까지 수소생산기술 국산화 추진 전략에 대한 추진과제이기도 하다.

지금까지 국가 기술개발이 과제 단위 사업으로 1~2개 과제 참여 기업만의 기술개발로 이뤄지면서, 국가 전체적인 수소분야 기술개발로 한 계단 올라서는 데 어려움이 있었다.

수소 중점연구실은 다른 국가에 비해 수전해 관련 기술 수준이 전반적으로 낮은 현실을 돌파하고자, 대학·연구소·기업이 가진 모든 기술을 연결시키는 중심 역할을 할 것이다.

정부 예산이 투입된 과제 성과를 기술 수요가 있는 여러 기업에 제공하고, 최종적으로 제품 생산 역할을 담당하는 기업들의 기술 요구를 맞춤형으로 제공해 국가 전반적인 수전해 기술 수준을 향상시키는 역할을 담당하려 한다.

또 중소·중견 기업 접근이 어려운 해외 선진 기술 연결고리 역할을 해 기술 수준 향상에 도움이 되고자 한다.

알칼라인 수전해 국가수소중점연구실은 소형 셀이나 스택단위에서 효율, 전류밀도 몇 배 향상의 '레코드 찍기'보다 실질적인 장치 경쟁력을 확보에 나선다.

스택 대용량화, 저가화를 위한 핵심원천기술을 개발하고 수전해 시스템 효율화를 위한 연구를 추진할 예정이다.

이를 위해 한국생산기술연구원, 울산과학기술원(UNIST)이 참여기관으로 합류했고 관련 기업들은 연구 참여기관과 기술수요기업협의체로 중점연구실에 참여시킬 예정이다.

강경수 한국에너지기술연구원 수소연구단장 kskang@kier.re.kr