점차 산업구조가 에너지 다소비체제로 변화하고 국제환경규제가 강화되면서‘수소경제의 도래’가 앞당겨지고 있다. 이에 정부는 수소연료전지 분야에 대해 기술개발뿐만 아니라 성능평가, 실증연구 및 보급까지 연계하고 총괄하는 ‘프로젝트형 연구개발 사업단’을 올해 초 발족한 바 있다. 선택과 집중을 통한 전략의 하나로 선진국과 기술격차가 적고 시장 잠재력이 큰 수소연료전지를 집중 지원키로 한 것이다. 수소연료전지가 다른 어느 분야보다 국가의 정책적 지원이 절실히 요구되고 있는 만큼 장차 그 파급효과도 막대할 것이다. 효율적이고 안정적인 에너지보급에의 꿈을 실현키 위해서는 에너지체계의 핵심인 연료전지 기술의 상용화는 물론 수소 인프라 구축 등 해결해야 할 과제가 적지 않다. 석유시대를 마감하고 다가오는 수소사회로의 전환은 선택과 가능성의 문제가 아니라 석유를 대체하는 에너지 패러다임의 대변환 즉 유일한 대안이다. 따라서 본지에서는 수소연료전지의 국내외 기술개발 및 기업참여 현황, 정부정책과 목표, 향후전망 등을 소개한다.

수소 2040년 총에너지 20%
세계3위 기술보유국 진입목표

정부는 올해 수소연료전지 분야를 차세대 성장동력산업으로 지정, 산학연이 참여하는 사업단을 중심으로 적극 추진키로 했다. 따라서 세계적 흐름에 따라 수소경제로의 이행을 위한 기반을 구축키 위해 미래연료로서 수소에너지의 마스터플랜을 설계, 중장기적 비전을 제시했다.
또한 세계3위의 수소연료전지 기술보유국으로 진입하고 세계일류의 상품을 개발키 위해 2012년까지 야심찬 보급목표를 설정했다.
수소경제에 대비해 연료전지 자동차, 가정용연료전지 1만호 보급프로그램 등에 착수하고 수소관련 국제기술협력 및 표준화사업을 위해 국제 파트너쉽(IPHE)에도 적극 대응하고 있다.
정부의 중장기적 비전의 첫 단계는 정부정책 지원하의 실증 및 보급시기로서 2012년까지 총 에너지 중 수소연료전지 기여율을 0.03%로 잡았다. 또 가정용 연료전지시스템(RPG) 1만기, 건물용(산업용) 연료전지시스템 2000기, 전력사업용 연료전지시스템 시제품 300기, 수소충전소 50개, 연료전지 발전소 300개, 수송용 연료전지(PEMFC) 승용차 3200대, 버스 320대를 보급할 예정이다.
다음단계는 2020년까지 기술개발을 완성, 신에너지산업을 창출하고 수소기여율 2.4%, 연료전지 발전 기여율 3%, 연료전지 자동차 기여율 5%를 달성할 계획이다.
2030년까지인 3단계 수소연료전지 시장의 본격적 시작단계에는 수소기여율 9%, 발전 기여율 12%, 자동차 기여율 10%로 계획하고 있다.
마지막 진정한 수소경제가 시작되는 4단계는 2040년까지로 이때 수소가 총 에너지 중 20% 이상을 차지하고 연료전지 발전은 30%, 연료전지 자동차는 30%를 기여하게 될 것이다.
남경아 기자
nka@koenergy.co.kr



2010년 수소경제체제 진입
美 2040년 하루 1100만 베럴 석유수요 대체
수소연료전지 분야에 있어서 미국, 일본 등의 선진국은 기술개발 및 정부정책 측면에서 상당히 앞서가고 있는 실정이다. 따라서 정부기구간 상호 협력체계를 구축, 실용화 촉진을 위한 정책 및 기술가이드를 수립할 필요가 있다.
미국의 부시 대통령은 2003년 1월 의회연설에서 향후 5년간 ‘Hydrogen Fuel Cell Initiative(수소생산 및 저장기술)’와 ‘Freedom CAR(연료전지 차량기술)’프로그램을 통해 수소연료전지 사업에 총 17억 달러를 지원하기로 천명한 바 있다. 미 에너지성에서는 2010년경부터 수소에너지 체제로 진입한다는 계획 하에 가정 및 산업용 연료전지는 2010년부터, 자동차용 연료전지는 2015년부터 상업화를 추진하고 있다.
이외에도 발전용·가정용 연료전지 및 휴대전원·군수용 연료전지 등에 보급지원금 및 우선구매를 실시하며 연료전지차 설계기준 및 수소인프라 안전법규제정을 추진하고 있다.
이러한 미국의 사업이 순조롭게 진행되면 수소에너지와 연료전지의 도입으로 2040년경에는 1100만배럴/일의 석유수요 대체효과를 이룰 것으로 예상하고 있다.
일본은 정부주도 하에 1980년대부터 다양한 프로그램과 ‘New Sunshine’ 계획 등을 통해 연료전지 개발을 지원해왔다. 2003년에는 일본정부가 도요타와 혼다로부터 연료전지 자동차 5대를 월 100만엔의 비용으로 임대해 운행하는 등 연료전지의 상업화와 보급을 위해 많은 지원을 하고 있다.
경제산업성 주관 하에 신에너지법, 우선구매제도, 지역별 보급촉진 사업지원 등 민관합동 개발에 주력하며 실제로‘We NET 프로그램(수소에너지의 안정성 및 인프라 개발사업)’을 통해 10개 수소충전시설을 구축했다.
고이즈미 총리는 2002년 국회연설에서 “연료전지 자동차와 가정용 연료전지 시스템을 3년 이내에 실용화하겠다”고 밝혔다.
일본정부는 2005년을 연료전지 상업화의 원년으로 삼고, 2010년에는 본격적으로 확산시킨다는 계획을 추진하고 있다.
중국의 경우 863계획을 세워 2001년부터 2005년까지 매년 1500억원의 예산을 투자, 연료전지 시스템을 개발하고 있으며 한림원에서 수소기술 R&D프로젝트를 진행하고 있다.
유럽은 EU 전체가 신재생에너지의 적극적인 개발 및 수소에너지에 대한 공동개발에 참여하고 있다. 또 Framework 프로젝트로서 2002년∼2007년까지 총6차계획에 21억유로에 달하는 예산을 책정, 발전 및 운송용 연료전지 가격절감과 수소제조 및 공급 인프라 관련 기술개발에 힘쓰고 있다. 유럽 10개 도시에서 진행중인 CUTE, ECTOS 프로그램은 30대 FC버스를 시범운행하는데 9억 달러 이상을 쓰고 있다.
연료전지의 세계시장은 2010년 1000억불로 확대될 전망이며, 가정용 연료전지시스템(RPG)은 240억불 정도의 시장이 형성될 것으로 기대된다. 또한 전력산업용 연료전지는 2005년경부터 본격적으로 시장이 형성돼 2010년에는 12000∼22000MW 규모를 이룰 것으로 보인다.
남경아 기자
nka@koenergy.co.kr




다양한 연료전지 개발 UPS로 사용
휴대용 선진국 수준…정부 2010년 가격보조 지원 강제보급

빌딩용 열병합발전이나 산업 및 상업용 발전을 목적으로 하는 중대형 발전으로는 PAFC(인산형연료전지), PEMFC
(고분자전해질연료전지), MCFC(용융탄산염연료전지), SOFC(고체산화물연료전지) 등 다양한 연료전지가 개발되고 있다. 특히 이들은 안정적인 전력공급이 요구되는 병원이나 컴퓨터센터 등에 무정전 전원장치(UPS)로 사용될 수 있을 전망이다.
PAFC의 경우, LG칼텍스가 50kW 스택개발을 수행했으나 상업화에 대한 전망이 불투명해 현재 연구개발이 중단된 상태다. 그러나 1993년부터 한국전력과 KIST의 주도로 MCFC 개발에 착수해 1999년 25kW급 스택을 개발, 상용화를 위한 기반기술을 확보한 상태다. 2005년에는 100kW급 시스템을 제작, 운전할 방침이다.
SOFC는 한국항공우주연구원과 에기연 주관으로 SOFC-가스터빈 하이브리드 발전시스템 개발사업이 진행되고 있으나 아직 기본기술 및 연구인력이 부족한 상태다.
1994년부터 착수한 국내 가정용 PEMFC 연구는 2002년부터 (주)세티가 에기연 등과 함께 3kW급 가정용 연료전지 시스템 개발을 국책과제로 수행하고 있다. 소형 SOFC 연구는 IMF 경제위기 이후 중단됐다가 최근 한전 주도의 1kW급 발전시스템 개발사업이 KIST 등과 함께 시작됐다.
PEMFC를 개발키 위한 연구는 1998년부터 2002년까지 수행된 G7 사업에서 현대자동차와 KIST 주도로 차량용 25kW급 PEMFC 연료전지 시스템 개발이 이뤄진 바 있다. 올해부터 2012년까지는 연료전지 성능 및 제조가격 측면에서 대량생산이 가능한 연료전지 시스템 제작기술 개발을 목표로 정부의 연구개발 프로그램이 본격적으로 진행된다.
이를테면 현대자동차는 미국 UTC의 연료전지 시스템을 이용한 완성차를 개발해 캘리포니아 등에서 도로주행을 실증한 경험이 있다.
휴대용 연료전지의 경우에는 삼성종합기술원, 엘지화학 등의 기업과 KIST, 에기연 등의 연구소에서 휴대용 DMFC에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있으며 선진국에 필적할 만한 기술수준을 갖추고 있는 것으로 평가된다.
내년에는 보령발전소에서 100kW 시범운행을 할 예정이며 포스코에서 내년 5월 미국업체 FCE로부터 기술을 가져와 생산라인을 구성할 계획이다.
또 삼성, LG, SKT 등이 휴대용 연료전지를 개발중인데, 정부에서도 2010년까지 개발을 전제로 가격보조 등 계속적으로 지원하면서 강제보급할 방침이다.
대기업 등에서는 기술개발을 마치고 실증연구사업 등을 통해 제품화를 시도할 예정이며 수소연료전지에 대한 홍보 및 교육을 위해 10년 이내, 대규모‘파워파크’조성도 추진하고 있다.
남경아 기자
nka@koenergy.co.kr