한국에너지기술연구원 울산차세대전지연구개발센터(상)

온실가스 감축·신재생에너지 확대·에너지효율 향상은 2050 탄소중립시대를 열기위한 지상과제다. 지난 2019년 설립된 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 울산차세대전지연구개발센터(센터장 김태희)는 차세대 이차전지, 태양전지, 수소활용분야에 걸쳐 핵심원천기술을 연구하며 울산지역내 탄소중립 기술수요에 대응하고 있다. 수소경제사회 선도를 목표로 연구개발에 몰두하고 있는 수소활용연구팀을 만나 지난 성과와 앞으로의 연구과제에 대해 들어봤다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남) 울산차세대전지연구개발센터(센터장 김태희)는 차세대 이차전지, 태양전지, 수소활용분야에 걸처 핵심원천기술을 연구하며 지역 기술수요에 대응하고 있다.

울산차세대전지연구개발센터 수소활용연구팀 강성민(오른쪽) 선임연구원이 수소배관을 이용한 수소연료전지 스택 실증장비에 대해 설명하고 있다.

울산차세대전지연구개발센터수소활용연구팀. (앞줄 가운데부터 왼쪽으로) 백동현 책임연구원, 강동훈 학생연구원, 백찬우 학생연구원, 하지훈 학생연구원, 강성민 선임연구원.

울산차세대전지연구개발센터 수소활용연구 실험실에 마련된 수소배관. 울산센터는 지난해 유량 1만㎥/h 수소배관을 구축해 14㎿ 연료전지 연속운전이 가능하도록 했다.

◇ 유량 1만㎥/h 수소배관 구축…14㎿ 연료전지 연속운전 가능

수소산업은 수소의 생산, 운송, 저장 및 활용 등 다양한 분야로 구성돼있다. 이중 수소의 생산 및 운송은 수소산업 활성화를 위한 필수 기반시설이라고 할 수 있다.

현재 수소 배관 인프라가 구축된 지자체는 울산, 여수, 인천, 서산 등이다. 국내에 구축된 약 200㎞의 수소배관 중 과반 이상이 울산에 매설돼 있다. 

울산은 국내 총 수소 생산량의 50%를 차지할 뿐만 아니라 자동차·선박·석유화학 등 굵직한 산업이 자리 잡고 있는 이점 덕분이다.

한국에너지기술연구원 울산차세대전지연구개발센터(울산센터)는 국내 유일한 수소배관이 구축된 정부출연 연구소로 지난해 구축된 수소 배관을 이용해 발전용 연료전지에 대한 장기 내구성 평가 기술 및 실증 연구를 진행하고 있다.

백동현 울산센터 수소활용연구팀 책임연구원(박사)은 "수소연료전지 출력이 일반 가정용(1㎾) 정도라 해도 필요한 수소 유량이 0.7㎥인 만큼 가스통 하나로 10시간도 운전하지 못한다. 발전용 연료전지 연구를 위해서는 수소 배관이 필수"라며 "현재 울산센터에 구축된 수소배관은 최대 유량 1만㎥/h 수준으로 약 14㎿의 연료전지 연속운전이 가능하다"고 설명했다.

국내에는 발전용 연료전지 기술에 대한 수요가 매우 크다.

발전용 연료전지를 2040년까지 15GW 구축하는 것을 목표로 하고 있기 때문이다. 지난해 하반기 기준 국내 연료전지 발전량은 800㎿ 정도로 목표를 달성하기 위해서는 앞으로 17년 간 20배 가까이 보급돼야 한다.

지금까지는 천연가스를 개질해 운전하는 연료전지가 보급돼 왔지만, 지난 2020년 탄소중립이라는 새로운 목표가 세워졌고, 국가온실가스 감축계획 목표를 달성하기 위해서는 순 수소를 사용하는 연료전지에 대한 연구가 필요하다.

백동현 박사는 "발전용 연료전지는 수백㎿급의 대형 설비로 수소 배관을 구축해 발전용 연료전지를 연구하는 것은 수소산업 활성화를 위한 가장 중요한 과제"라며 "울산센터에서는 운전 기술, 내구성 평가, 요소 기술 개발, 국산화 검토 등의 연구 개발을 진행하고 있다"고 말했다.

◇ 수소산업은 필수…기술 국산화 힘써야

수소산업은 탄소배출을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐 아니라 42만명의 고용창출과 43조원의 경제효과가 있다고 한다.

그만큼 수소산업은 필수 산업이며 세계 수소경제를 선도하기 위해서는 수소산업이 발달한 해외 기술 벤치마킹은 물론 기술 국산화에 힘써야 한다는 게 수소활용연구팀의 생각이다.

강성민 선임연구원은 "수소생산 방식은 크게 부생수소와 개질수소, 수전해수소 방식으로 구분된다"며 "기존의 천연가스 개질 수소 생산 외에 하수슬러지와 생활폐기물 등을 활용한 바이오매스 수소 생산과 해양미생물을 이용한 청정수소 생산기술의 연구개발도 필요하다"고 말했다.

현재 울산센터가 연구 중인 발전용 연료전지와 이와 연계한 수소활용 분야의 발전 가능성도 제시했다.

대표적인 수소활용 분야는 모빌리티 분야로 수소 전기차, 택시, 버스, 트럭, 건설기계, 트램 및 드론이 가장 파급력 있게 적용될 것으로 전망했다.

그는 수소전기차 보급과 대중화를 위해서는 수소충전소 확충과 압축기·고압밸브·저장용기 등 핵심부품 및 충전기술의 국산화가 시급하다고 했다.

강성민 연구원은 "연료전지에 들어가는 핵심소재인 귀금속촉매의 대체 혹은 사용량 저감 기술, 수입의존도가 높은 전극과 분리판 등의 기술 국산화도 필요하다"며 "수소산업의 육성과 수소제품의 보급을 위해 다양한 인증과 표준 개발, 규제 개선 및 현실화도 필수적으로 이루어져야 한다"고 덧붙였다.

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