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현대자동차, 전기공학
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수소에너지사업단 성과와 성과확산을 위한 노력
미래부 21세기 프론티어 수소에너지사업단장 김종원
2013년 06월 13일 (목) 관리자 webmaster@elenews.co.kr
   
 
   
 

부존된 에너지자원 부족으로 세계 10위의 에너지소비국이면서도 해외 에너지원에 대한 의존율이 97%에 이르고 있어 에너지 자립에 기여할 수 있는 신재생에너지의 활성화가 절실하다.


전 세계적으로 매년 5천만톤의 수소를 만들어 산업용으로 사용하여 왔지만 수소경제의 틀을 이루는 수소제조, 저장, 이용분야의 궁극적인 핵심기술은 진행형의 기술이다.


21세기 들어 궁극적인 ‘수소경제’를 꿈꾸어 미국, 일본, EU 등 선진국 중심으로 세계 각국이 정부 투자분 10억$ 이상/년, 민간포함 연간 총 50억불이상을 투자해 왔다.


현재의 수소시장 규모는 산업용 유통량만으로도 세계시장 208억$(자체소비량 230억달러 포함하면 총 438억 달러) 국내관련 시장규모는 6000억원에 이르는 것으로 추산되고 있다.


수소에너지는 미래 지향적인 궁극적 에너지기술이기에 원천기술 측면이 강하여 요소기술, 시스템 기술 및 응용 기술을 연계하여 선진국이 우위를 점하고 있는 한계 기술에 도전하고자 미래창조과학부의 지원으로 2003년에 수소에너지사업단이 출범하였으며 오는 9월말에 종료된다.


전체 사업기간인 9년 6개월간의 연구개발 투자비 총액은 정부 및 민간을 합하여 999억 원으로 연평균 478명의 연구인력이 투입되었으며 이중 석박사 인력의 비중이 각각 31%, 37%에 이른다.


학술 및 지적재산권 측면의 성과로는 총 830편의 논문(SCI 613편), 특허 386건 출원, 181건이 등록되었다.
또한 기술이전 25건, 사업화완료 6건, 기술료 수입 60억원, 해외기술수출 1건의 실적을 거두었다.


세계적인 경제위기 이슈로 크게 부각은 되지 못하고 있지만 전 세계적으로 보면 시장 여건 면에서는 주목할 만한 진전이 있었다.


수소의 이용분야중 하나인 연료전지 자동차에 대해서도 세계 유수의 자동차회사들은 2015년 시장 출시를 목표로 하고 있으며 국내 현대자동차는 이미 연 1000대 규모의 상용화준비를 마쳤음이 보도된 바 있다.


뿐만 아니라 해외에서는 비상용전원이나 포크리프트 등이 시장을 파고들만한 경쟁력 있는 응용분야로 보고 있으며 정부지원 없이도 상당한 보급 실적을 보일 것으로 예상된다.


미국의 경우 현재 250기 이상, 총 30MW 이상의 연료전지가 정치형으로 보급되었으며 통신사에는 240기 이상의 연료전지가 보급되었고 연료전지 포크리프트는 1030대 이상이 운용중이다.


미국 뉴욕과 커넥티컷주에 닥친 허리케인으로 인한 계통전원 피해로, 재난시에 국가전력망에 지나치게 의존하는데 따른 위험성 회피가 중요해졌다.


로렌스버클리연구소에 따르면 전력 불통에 따른 연간 비용이 미국에서만도 800억 달러에 이르는 것으로 추산하고 있다.


허리케인 이렌이 미국 북동지역을 강타하였을 때 이동통신탑과 교환국(switching station)에 장시간 전원공급이 차단되는 일이 있었으나 대부분은 연료전지 덕에 통신두절을 피할 수 있었다.


대형 식료품점의 냉동고도 200kW급 연료전지 가동 덕분에 식품의 상품성 손실을 현저히 줄일 수 있었다.


최근 미국 뉴욕을 비롯한 동부 24개주에 영향을 준 허리케인 샌디는 역사상 가장 강력했고 2005년의 카트리나에 이어 두 번째로 많은 피해(500억달러)를 입혔다.


샌디로 인한 정전시에도 통신용의 전원공급용 연료전지시스템이 자동으로 작동하여 바하마에 샌디가 통과했던 3일간 완벽하게 가동, 허리케인 전후 7일간 1200kWh의 전기를 공급하였다.


이러한 사례를 통해 환경측면에서의 이점은 물론이고 디젤발전기나 납축전지 시스템보다도 높은 신뢰성, 낮은 유지비용을 실증으로 보여주었다.


큰 재난이 백업파워로서의 연료전지에 대한 성능을 검증하고 수요를 높이는 계기가 된 셈이다.


세계적인 통신설비업체인 핀란드의 노키아지멘스 넷트웍사와 캐나다의 발라드사가 공동으로 통합형 연료전지 백업을 갖춘 이동통신 넷트웍을 개발하고 있다.


이미 일본 법규에 따른 승인을 받았으며 NTT 도코모사에도 설치된 사례가 있다.


이와 같이 이동통신업체들이 연료전지에 관심을 갖는 것은 연료전지 업체 입장에서는 청신호이므로 소비자의 요구에 맞춘 시스템화로 시장을 열려는 노력을 강화하여야 한다.


국내에서도 5kW, 1kW급의 고체고분자 전해질 연료전지(PEMFC)가 출시되고 있는데 1kW는 공동 단독주택, 상업용 건물, 5kW는 전산실, 호텔 등 상업용 건물이나 상업건물의 보조전원, 비상발전용으로 사용하는 시스템이다.


외딴 지역에서는 통신설비와 재생에너지, 수전해, 연료전지를 연계하여 자동으로 전기를 공급할 수 있는 시스템도 가능하다. 기술은 이미 이러한 각 요소를 공급해줄 수 있을 정도로 진보되었다.


수소에너지사업단의 지원으로 엘켐텍은 분산형 수소공급을 위한 수전해장치기술을 개발하였으며 이 제품은 통신사나 실험실용으로 사용될 수 있고 시간당 1-5㎥, 최대 150기압의 수소를 만들어낼 수 있다.


아직 연구중인 기술로는 광전기화학기술을 이용한 물분해 수소발생기술로서 전극면적과 효율을 늘려 수소발생량을 크게 하고자 하는 노력과 아울러 이러한 시스템을 실증하기 위해 시스템 요소기술을 개발해 왔다.


수소를 이용하여 동력을 발생시키는 리니어피스톤 엔진도 엔진텍에서 개발하여 왔는데 지역 특성에 맞게 수소뿐만 아니라 바이오가스 등을 이용하여 효율적인 전기 공급이 가능한 분산전원용으로의 이용을 기대하고 있다.


재생전원과 수전해를 연계한 에너지 저장 방법으로는 수소저장용 금속수소화물을 이용할 수 있고 이를 연료전지와 연계하여 전기를 발생시킬 수 있다.


여기에 필요한 금속수소화물 제조 특허는 수소에너지사업에 참여한 연구개발팀들이 다수 보유하고 있다.


또한 배터리를 사용하는 무인항공기의 경우에는 수소와 연료전지를 이용한다면 항속거리와 체공시간을 늘릴 수 있는데 여기에 필요한 수소공급시스템도 시연된 바 있었다.


이러한 기술들은 수소에너지사업단에서 연구한 성과중의 일부로서, 단기간에 활용이 가능한 기술이다.
향후 시장에서 요구하는 수준의 성능과 내구성을 만족하면서 기존 기술 대비 경쟁력을 갖춘 시스템화로 시장에 진입하려는 노력에 대한 지속적인 지원이 이루어지기를 바란다.


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