“쌍방형 산·학협력은 기업과 연구인력간 수소에너지의 미래기술과제를 발굴하고
기반기술을 구축하는 데
중요한 역할을 수행할 것입니다. 산·학프로젝트를 통해 수소산업에 대한
기업의 기술애로를 해결하고 수소기술 특허, 박사 후 연구원들의
창업벤처기업을 지원해 우리나라 수소경제 전환에 기여해 나가겠습니다”
2050 탄소중립 달성목표가 더욱 강화되면서 전 세계적으로 기술개발에 대한 경쟁이 치열해지고 있으며 핵심인력양성의 중요성이 강화되고 있다.
과학기술정보통신부는 첨단기술혁신을 주도할 인재 확보와 산업계 진출을 지원하는 ‘혁신성장 선도 고급연구인재 성장지원(KIURI: Korea Initiative for fostering University of Research & Innovation, 이하 키우리)연구단’ 사업을 2020년부터 추진하고 있다.
현재까지 총 6개 대학의 연구단이 선정됐으며 지난해 선정된 인하대는 6개 연구단 중 유일하게 수소관련 기술을 연구하는 ‘수소기반 차세대 기계시스템 키우리 인재양성연구단’을 구성하고 수소연료전지 및 수소활용보일러, 저장용기 설계 및 제조 등 수소경제 인재양성에 주력하고 있다.
인하대 키우리연구단의 연구분야는 △수소생산기술 △수소기반 모빌리티·에너지 △수소소재부품 및 제어 △수소시스템 디지털설계·정밀가공 △극한압력소재 등으로 생산, 운송·저장, 활용 등 수소 전 주기에 대한 기술을 연구하고 있다.
특히 산업체와의 기술협의체, 기업파견연구 등 소통을 강화하고 산·학협력교수가 박사후연구원의 취업과 창업을 전담지원하는 등 고급연구인력의 산업계 진출확대에 노력하고 있다. 이은상 인하대 키우리연구단장을 만나 수소경제의 전망과 연구단의 연구현황 및 성과, 향후 연구방향 등에 대해 들었다.
■ 수소경제의 역할과 전망은
맥킨지의 2018년 보고서에 따르면 2050년 수소에너지 소비량은 전체 에너지소비량의 18%까지 확대될 것으로 보이며 우리나라는 20%로 전망된다. 2050년 글로벌 수소경제 시장규모는 2,940조원(2조5,000달러)까지 성장할 것으로 예측된다.
이를 통해 세계적으로 3,000만개, 우리나라의 경우 60만개에 달하는 일자리를 창출할 전망이다. 특히 세계적으로 수소경제를 통해 연간 60억톤의 CO₂가 감축될 것으로 보이며 우리나라는 1억5,000톤을 감축할 수 있을 전망이다.
현재 우리나라는 수소 및 연료전지 개발에 있어 수소연료전지차에 대해 세계적인 리더로 자리매김하고 있다. 과거 미국과 일본의 기술을 쫒아가는 상황이었다면 지금은 수소관련 기술력을 인정받아 미국연료전지협회와 MOU를 체결하는 등 우리나라 수소경제 전환에 대해 전 세계가배우고 있는 입장이다.
■ 우리나라 유망 수소활용처는
전 세계에서 수소생산, 저장·운송, 수소활용 등에 관한 기술을 배워가는 상황을 미뤄볼 때 우리나라 수소산업관련 기술은 매우 높은 수준으로 발전했음을 간접적으로 알 수 있다. 다만 높은 수준의 기술을 어떻게 상용화·실증화하는지가 관건이다.
지금 우리는 일상적으로 주유소에서 기름을 넣어 차량을 운행하고 가정에서 난방, 취사 등에 도시가스를 사용하고 있지만 처음 사용할 당시에는 대부분 화석연료가 가진 인화성, 폭발성 등에 두려움을 가졌던 것이 사실이다.
화석연료처럼 우리가 빨리 익숙해지고 안전하게 관리, 사용할 수 있는 범위에 수소라는 에너지가 편입됐다는 생각을 가지는 등 수소에 대한 인식을 제고하는 것이 수소경제 확산에 중요하다. 이에 따라 수소활용처를 순차적으로 넓혀간다면 수소를 활용하는 산업군은 점차 더 확대될 수 있을 것으로 판단된다.
현재 유망한 수소활용처는 연료전지, 수소가스터빈 등 에너지분야와 자동차, 선박, 열차, 드론 등 모빌리티분야다. 연료전지의 경우 가정·건물용과 발전용으로 구분된다. 가정·건물용 연료전지의 경우 현재 kW당 1,700만원 수준으로 설치되고 있으며 2040년에 이르러서는 600만원으로 낮아질 것으로 기대된다.
또한 발전용의 경우 2019년 전용 LNG요금이 신설됨에 따라 빠른 속도로 보급되고 있으며 현재 kW당 380만원으로 설치되고 있다. 2035년에는 중소형 가스터빈 수준으로 발전단가가 낮아질 전망이다.가스터빈을 대체할 발전원으로 수소가스터빈이 주목받고 있는데 현재는 실증단계로 2030년 이후 상용화가 추진될 것으로 예상돼 주요 발전원으로 역할을 수행할 것으로 기대된다.
앞서 언급했듯이 우리나라는 수소차에 대한 높은 기술력을 가지고 있으며 빠른 확산세가 나타나고 있다. 승용차의 경우 지난해까지 누적 1만9,170대가 보급됐으며 2년연속 수소차 보급 전세계 1위를 기록했다.
빠른 확산속도와 기술개발을 통해 2025년에는 상업적 양산으로 내연차 가격수준을 달성할 수 있을 것으로 기대된다.
■ 키우리 인재양성연구단을 소개한다면
우리나라가 2050년 탄소중립을 달성하는 데 있어 지구환경을 고려한 신재생에너지를 활용하는 기계시스템 개발은 매우 중요하다. 수소는 태양광, 풍력 등 다양한 신재생에너지의 통합관리 측면에서 국가 미래에너지의 핵심이다.
수소경제 확산을 위해서는 그린수소의 생산, 이송 및 이용과 이에 적용할 수 있는 소재기술을 연계하는 Total Value Chain 융합연구 필요성이 점차 커지고 있다. 이러한 상황에서 산·학간 기술적 괴리를 극복하고 수소기반 미래기술을 발굴·개발할 수 있는 선진연구인력이 주도하는 새로운 연구체계 확립이 필요하다.
인하대는 수소기술분야 핵심역량을 보유한 △기계공학 △화학공학 △신소재공학 △환경공학 등 4개 학과간의 융합연구 및 관련산업체와의 연계성을 강화하는 키우리연구단을 선제적으로 발족했다.
연구단은 기존 교수·대학원생 중심의 연구체계에서 신진연구인력이 중심이 되는 신연구제체로의 전환을 위해 선도적으로 제도적 지원체제를 마련했다. 키우리연구단의 목표는 수소기반 산업생태계를 전 주기적으로 리드할 수 있는 융합능력을 가진 신진연구인력을 양성하는 것이다.
또한 연구단의 성과창출을 극대화하기 위해 인하대의 수소시스템 융합연구소와 연계, 운영하고 있다.
■ 산·학협력을 강조하고 있는데
쌍방형 산·학협력은 참여기업과 신진연구인력간 교류와 협력을 통해 수소에너지 중점분야의 미래기술과제를 발굴하고 기반기술을 구축하는 데 중요한 역할을 수행할 것으로 본다. 실질적인 교류·협력을 위해 참여연구원의 연구지원을 위한 운영위원회 및 기술협의체를 구성하고 대학과 참여기업간 정기적인 회의 및 워크숍을 개최하고 있다.
참여기업은 멤버십 형태로 참여하는 것을 원칙으로 하고 있으며 현금·현물의 형태로 키우리연구단의 연구를 지원하도록 함으로써 기업의 미래기술에 대한 수요를 연구에 반영하고 있다. 또한 신진연구인력의 파견 및 취업을 연계할 수 있도록 행정시스템을 지원하고 있다.
현재 참여기업으로 28곳이 참여하고 있으며 △수소생산기술 △수소기반 모빌리티·에너지 △수소소재부품 및 제어 △수소시스템 디지털설계·정밀가공 △극한압력소재 등으로 구분된다.
수소생산기술분야는 화학공정을 통한 고순도 수소생산, 바이오매스로부터 수소를 추출하는 촉매기술, 고분자전해질 기반 산소발생용 총매성능 및 내구성 평가 등 Green 기반 고효율 수소생산기술개발이 진행되고 있으며 수소기반 모빌리티·에너지분야에서는 수소이용 에너지발생장치, 수소차, 수소 콘덴싱보일러 및 수소·천연가스 혼합연소기술 등 수소기반 에너지기술 및 지능 모빌리티개발이 이뤄지고 있다.
수소소재부품 및 제어분야는 모빌리티, 드론 등에 활용되는 수소용 소재개발, 수소시스템 디지털설계·가공분야는 수소연료전지, 수소충전소, 수소전기차, 수소장비 모니터링 등에 대한 개발이 진행되고 있다.
극한압력소재분야에서는 수소용 극한압력용 금속소재개발, 신재생에너지 생산 및 개발 등이 추진된다.
참여기업 현황으로는 수소생산기술분야에는 △한국가스공사 △SK인천석유화학 △에이치앤파워 △테크로스 △Carbon And Fuelcell(CAL) 등, 수소기반 모빌리티·에너지분야에는 △경동나비엔 △린나이 △현대 △평화오일씰공업 △비나텍 등이 참여하고 있다.
수소소재부품 및 제어분야에는 △두산 △넥스컴스 △CNNT △숨비 등이, 수소디지털설계·가공분야에는 △두산 △ATG △BMT △ITF △LK GLSP 등이 참여하고 있으며 극한압력소재분야에는 △포스코 △LT메탈 △인천산학융합원 △SCM 등이 참여하고 있다.
현재까지 키우리연구단 운영을 통해 산·학공동연구 24건, 특허출원 13건, 논문 9건 등 생산·공급·활용 등 수소산업 분야별 성과를 창출했다. 수소관련 특허출원, 연구단 참여기업 기술지도, 공동워크숍 등을 진행해 수소산업과 관련기업 성장에 많은 노력을 기울이고 있으며 이를 바탕으로 지난해 12월 산업통상자원부 지정 ‘4차 산업 선도 연구실’로 지정되기도 했다.
앞으로 참여기업과의 산·학프로젝트를 통해 수소산업에 대한 기업차원의 기술적 애로를 해결하고 더 나아가 수소기술 특허, 박사후 연구원들의 창업벤처기업을 지원해 우리나라 수소경제 전환에 기여해 나갈 방침이다.
■ 우리나라 수소경제 현안을 짚는다면
전 세계적으로 탄소중립을 위한 수소산업이 빠른 속도로 발전하고 있으며 이에 대한 고도의 연구가 진행되고 있다. 우리나라의 경우 2019년 수소경제 활성화로드맵을 시작으로 불과 3년이라는 시간동안 빠르게 발전해왔으나 아직까지도 관련부품 또는 제품에 대한 해외 의존도가 높다는 한계점을 가지고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 단기적인 지원이 아닌 장기적인 지원이 필요한 것은 자명한 사실이다. 중견기업과 중소기업이 서로 공생과 상생이 원활히 이뤄질 수 있는 정책적인 지원과 사업화에 대한 지원 등 적극적인 지원이 필요하다.
정부의 수소경제 활성화로드맵에는 2040년까지 수소공급량을 526만톤으로 증가시키는 계획이 포함돼있다. 또한 2050년 국내 수소시장 가치에 대해 경제효과 70조원, 고용창출 60만명 등으로 예상하고 있다.
그러나 현재 수소관련 전문인력의 공급이 수요대비 절대적으로 부족한 상황이다. 수소경제 전환을 위한 그린수소 생산의 기술경쟁력을 확보하기 위해서는 촉매소재를 개발할 인력이 필요하며 초저온가스인 수소를 액화 등의 상태로 저장, 이송하기 위해 초고압을 견디는 소재개발이 중요하다. 이에 따라 산·학·연이 협력하는 네트워크 구축이 필요할 것으로 보인다.
수소생산기술분야는 화학공정을 통한 고순도 수소생산, 바이오매스로부터 수소를 추출하는 촉매기술, 고분자전해질 기반 산소발생용 총매성능 및 내구성 평가 등 Green 기반 고효율 수소생산기술개발이 진행되고 있으며 수소기반 모빌리티·에너지분야에서는 수소이용 에너지발생장치, 수소차, 수소 콘덴싱보일러 및 수소·천연가스 혼합연소기술 등 수소기반 에너지기술 및 지능 모빌리티개발이 이뤄지고 있다. 
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