한국연료전지협의회는 건물용·발전용 수소연료전지기술 국산화를 통한 기술경쟁력을 제고하고 연료전지산업을 확대하기 위해 대정부 소통을 전담하는 시장 접점 창구로 역할을 다하고 있다. 

연료전지협의회를 이끌고 있는 하태형 회장을 만나 탄소중립 핵심기술로 선정된 연료전지기술에 대해 들어봤다. 하태형 회장은 수소전문기업 미코파워 대표를 맡고 있다. 

‘연료전지 기반 융합시스템’ 기술이란 연료전지가 고유하게 보유하는 연료와 공기의 전기화학적 반응을 통한 발전기술에 부생적으로 발생하는 열원활용 기술을 융합적으로 접목한 추가의 발전 혹은 스팀생산 등의 기술확장을 의미한다. 

즉 연료전지발전에 필요한 다양한 원료가스, 예를 들면 바이오가스 혹은 LNG기지에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 활용한 연료전지발전부분과 발전 후 고온의 배기가스를 이용한 추가 발전 혹은 스팀 생산과 관련된 기술을 뜻한다. 

세계 연료전지시장은 한국, 일본, 미국을 중심으로 초기 시장을 형성 중이며 연평균 30%씩 성장할 전망이다. 특히 건물용 연료전지분야는 전 세계적으로 가장 빠른 성장세를 보이고 있는데 그 이유는 높은 효율성과 함께 설치면적당 발전량이 다른 에너지원보다 월등히 높기 때문이다. 건물용 연료전지시장은 연평균 25%씩 성장해 2030년에는 연간 120조원 규모로 커질 것으로 전망된다.

연료전지관련 특허출원건수는 일본이 가장 많으며 일본과 미국이 전체 출원 건수의 50% 넘게 차지하고 있다. 일본은 연료전지시장이 발달돼 있는 국가로 한국에서 온 부품회사들에 관심이 많은 상황이다. 유럽은 아직 연료전지시장이 열리지 않아 아시아시장을 배워가는 입장이다.

여타 해외기술에 비해 중국기술에 대한 의존도가 높은 인버터는 향후 문제가 발생할 가능성이 있으며 반도체 공급난으로 인해 공급가격 상승 등에 따라 공급이 제대로 이뤄질 수 없는 상황이다. 연료전지협의회와 산업계는 연료전지에 들어가는 파워팩, 인버터 등에 대한 문제 해결을 위해 노력해 나갈 계획이다.

기술수준은 미국, 일본, EU, 한국 순으로 높으며 한국은 연료전지보급이 가장 활발한 나라 중 하나다. 특히 SOFC(Solid Oxide Fuel Cell: 고체산화물연료전지)의 경우는 국내에서 스택제조부터 시스템설치까지 상용화돼 기술 수준 고도화를 지표화하는데 상징적이라 생각한다. 스택은 자동차의 엔진에 해당하는 연료전지발전의 주요 핵심 부품으로, 연료전지의 중심인 스택제조기술을 보유한 업체는 전 세계적으로도 손꼽을 정도로 많지 않다. 일반적으로는 스택을 소싱해 시스템화를 통해 건축 및 발전용으로 활용하고 있기에 스택부터 시스템까지 전주기 공정을 가지고 있는 제조사를 보유하고 있는 국내 기술 수준은 전 세계에서도 인정받고 있다.

연료전지 기반 융합시스템 기술을 활용하면 먼저 건물용 연료전지는 도시가스를 이용해 전력과 열을 공급하는 장치로써 가정 또는 빌딩 내 설치돼 사용된다. 일반주택 기준으로 약 1kW급 설비면 충분하다고 알려져 있는데 향후 대형 아파트단지 단위로 보급될 예정이다. 

분산발전용 연료전지는 대규모 발전시설로부터 멀리 떨어진 지역에서 자체적으로 전기를 생산하는데 쓰인다. 주로 열병합발전소 인근지역 주민들이 직접 혜택을 받을 수 있다는 장점이 있다. 마지막으로 수송용 연료전지는 차량 내부에 탑재되며 외부 전원없이 배터리만으로 구동되는 전기차와는 달리 충전과정없이 운행 도중 실시간으로 전기를 생산한다는 특징이 있으며 주행 중 연료전지에 쓸 깨끗한 산소를 수집하기 위해 외부 공기를 흡입, 깨끗이 정화한 후 배출하기 때문에 공기정화효과도 기대할 수 있다.

기존 재생에너지 기반 발전원들은 설치면적이나 기후와 환경에 대한 변수가 크기 때문에 보조전원으로써의 입지를 가지고 확대하고자 했으나 효과나 효율이 미미한 실정이다. 하지만 환경변수에 영향을 받지 않는 안정적인 연료전지 기반 융복합시스템이 보급됨에 따라 분산전원으로 발전처와 소비처 일치로 공정한 에너지발전과 사용이 정립될 것이며 높은 효율과 친환경적 발전으로 주전원으로써 패러다임 전환을 앞당길 것이다.

결과적으로 저탄소기술 확대에 따른 수소사회로의 실현화를 앞당길 수 있다. 폐자원을 활용한 수소생산 기술, 청정수소 생산을 위한 처리기술 등 기존 화석연료 기반 기술 다변화 및 고효율화를 실현할 수 있으며 다가오는 수소사회로의 전환을 통해 생산된 수소를 활용한 연료전지 기술력의 실증을 거친 기술 안정화 및 수소사용에 대한 안전성 확보로 무탄소 즉 탄소중립 및 더 나아가 탄소 네거티브를 실현할 수 있을 것이다.

대기업 중심의 기술발전과 동행하는 중소·중견기업에 대한 정부의 지속적인 투자다. 현재 시점에서 볼 때 2023년 수소연료전지분야에 대한 R&D투자가 급감했으며 원자재가격 상승으로 인한 기술실증을 위한 기업예산도 부족한 상황이다. 연료전지기술은 지속적인 실증 및 개선활동을 통한 기술검증이 반드시 요구된다.

자원빈국인 우리나라는 대외적인 에너지부국의 의지에 따라 좌지우지되는 경우가 많다. 에너지 자립을 위해서는 미래성장동력에 대한 범정부, 나아가 민관합동의 미래전략 사업화를 통한 지지와 협력이 필요하다. 글로벌시장 선점과 기술 확보가 중요한 쟁점이라는 공감대를 형성해 기술개발 속도에 따른 정책 보완과 도움이 절실하게 필요한 시점이다.

정부 주도의 각종 지원정책에도 불구하고 아직까지 민간부문의 참여율은 저조한 상황이며 향후 주택보급률 상승 추이 전망 시 현재 수준의 보조금 지급으로는 한계가 있을 것으로 예상된다. 이에 따라 기존보다 강화된 인센티브 제공 방안 수립 필요성이 제기되고 있으며 합리적인 규제개선 검토가 필요하다. 이를 위해 필수적으로 원별보정계수, 제로에너지빌딩 같은 제도에서 합리적이며 형평성있는 법 적용을 받아야 한다. 

특히 원별 보정계수는 신재생에너지공급의무화시장에서 신재생원의 보급 확대에 결정적인 영향을 미치게 된다. 현재까지는 신재생에너지원별 에너지생산량을 기반으로 산정된 산업부 원별보정계수를 적용해 시장 자율적 운용이 가능했으나 국토부(2025년)나 서울시(2023)에서 추진 예정 중인 녹색건축법 ZEB(제로에너지건축물) 인증 일원화 정책이 결정될 경우 ZEB 인증 적용 시 LNG 등 화석연료 사용 유무에 따라 에너지자립률이 상이해 태양광대비 연료전지는 절대 열위라는 결과를 불러온다. 

다시 말하자면 에너지원별 에너지생산량, 효율, 출력간헐성, 이용률 등이 다르기에 원별보정계수를 부여, 특정에너지원으로의 쏠림현상을 방지하고 국내 신재생에너지시장에서의 초기 기반 형성 기회를 공정하게 제공해야 한다. 이에 따라 ‘녹색건축법 ZEB 인증 원별보정계수 적용’으로 정책이 개선돼야 한다. 

또한 건물용 연료전지발전사업 인허가 허용도 하나의 대안이 될 수 있다. 현재 건물용 연료전지 운전경제성 구성은 ‘전기요금절약금액–가스사용요금’으로 돼 있는데 러시아-우크라이나 전쟁 등의 특수상황으로 2020년대비 100% LNG 요금 인상으로 가동할수록 손실이 발생해 미가동률이 높아지는 실정이다. 발전용(SMP+REC) 정책 추진 위한 지자체별 인허가 행정이 매우 복잡해 소요기간이나 비용이 부담되는 실정이다. 이를 해소하기 위해 건물용 연료전지 발전사업 허용을 통한 ‘운전경제성 보장’과 일정규모 발전사업 추진을 위한 ‘지자체 인허가 허용’ 등 적정 운전경제성 확보 정책이 필요하다. 

연료전지사업은 특성상 정부의 지원과 적극적인 육성 정책이 필수다. 보급 확대는 정체 중인데 지원단가만 계속 하락하고 있는 실정이다. 경쟁력이 부족한 수소에너지 활성화를 위해서는 정부 주도의 기술개발과 정책지원이 필수적인데 연료전지시장의 형성 및 발전을 위해서는 생산비용 절감, 관리비용 감소, 내구성 향상, 인프라 구축 등 해결과제가 존재한다. 수소연료전지부품의 성공적인 국산화와 상용화를 위해서는 형평성 있는 에너지원별 보정계수 설정과 신뢰성 평가, 인증제도를 마련하고 지원 방안을 모색해야 한다.