양태현 한국에너지기술연구원 수소에너지연구본부장 - 미래의 수소 시장, 우리의 쾌적한 삶과 일자리를 제공
양태현 한국에너지기술연구원 수소에너지연구본부장 - 미래의 수소 시장, 우리의 쾌적한 삶과 일자리를 제공
  • 유지연 기자
  • 승인 2022.09.01 12:53
  • 댓글 0
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수소경제 생태계 구축, 그린수소 강국으로 향하는 대한민국
양태현 한국에너지기술연구원 수소에너지연구본부장 [사진=한국에너지기술연구원]

[월간인물 유지연 기자] 한국에너지기술연구원에서는 수소, 연료전지를 10대 중점기술로 선정하여 적극적인 지원을 하고 있다. 우선 국내 산업이 취약하고 미래시장이 유망한 그린수소 관련 수전해 연구에 집중 지원하고 있다. 알칼라인 수전해, 고분자 전해질 수전해, 고체산화물 수전해와 차세대 기술인 수소이온 전도성 고온 수전해, 알칼라인막 수전해 등 모든 수전해 연구를 지원하고 있으며, 특히 현재 경제성이 제일 높은 알칼라인 수전해용 MW급 스택 개발을 국내기업과 추진 중이다. 수소경제 활성화 로드맵, 수소기술개발 로드맵 1.0, 범부처 수소 기술개발 예비타당성 사업기획 등에 참여하였고, 현재는 수소기술개발 로드맵 2.0 기획을 총괄하고 있는 양태현 본부장은 이에 대해 에너지연이 보유하고 있는 10kW 수전해 스택 제조 기술과 고효율 전극, 고기능성 분리막 기술을 활용하고 있습니다. 금년 내로 MW2~3kW급 수전해 서브 스택을 제작할 것입니다. 이를 바탕으로 MW 수전해 시스템을 개발하여 국내 수 전해 산업 경쟁력을 높이고 현재 진행되고 있는 다양한 그린수소 관련 사업에 국산 기술을 적용하겠습니다. 고분자 전해질 수전해 개발에는 신규 양이온 전도성 고분자 소재, 확산층(Porous Transport Layer, PTL), 이리듐 대체 촉매 개발 등 원천기술 개발에 주력하고 있습니다. 부하 변동 대응력이 우수하고 발생되는 수소, 산소의 혼합을 억제하여 안전성이 높은 기술로 재생에너지와 연계한 대용량 에너지 저장사업에 활용이 유력합니다라고 말했다.

 

 

현재 새롭게 준비하고 계시거나 계획 중인 연구내용에 대해 듣고 싶습니다.

고체산화물 수전해(SOEC) 기술은 국내 최초로 에너지연이 kW급 수전해 스택을 개발하였고 현재는 10kW 스택 및 시스 템 개발을 진행하고 있습니다. SOEC는 타 수전해 기술 대비 수소생산 시 최소의 전력을 사용하는 기술로 수소생산 가격을 낮출 수 있습니다. 운전온도가 600이상으로 내구성 이 우수한 셀, 스택을 확보하는 것이 개발의 핵심입니다. 또한, 고온의 수증기 공급과 이를 활용하는 최적 시스템을 설계하고 있습니다. SOEC의 고효율을 유지하면서 온도를 500미만으로 낮추면 시스템의 내구성을 높일 뿐만 아니라 유지 관리 면에서도 유리합니다. SOEC에 사용되는 산소이온전도 성 세라믹 소재를 500미만에서 동등의 이온전도도를 갖는 수소이온전도성 소재로 대체하는 연구가 진행 중입니다. 우선은 적용 가능한 소재 개발에 주력하고 있으며 다양한 소재를 합성 평가하고 있습니다. 알칼라인막 수전해는 저가 구현이 가능한 알칼라인 수전해와 고안전성의 고분자 전해질 수전해의 장점을 구현할 수 있는 기술로 내구성이 우수한 음이온 전도성 고분자 합성에 주력하고 있습니다. 최근 암모니아 조회 수가 수소를 넘어섰다는 뉴스가 있었습니다. 암모니아를 수소저장 매체로 이용하여 대용량 장거리 선박 운송, 선박의 친환경 연료로 사용 가능성 및 2030 NDC 달성을 위한 석탄/암모니아 혼소발전 등 다양한 이슈 때문이었습니다. 암모니아는 하버-보슈 방법으로 수소와 질소를 이용하여 200기압, 500에서 합성을 합니다. 에너지연 기후변화본부에서는 상당한 에너지가 소모되기 때문에 이를 줄일 수 있는 연구를 수행하고 있습니다. 운전온도와 압력을 낮추는 신규 촉매 개발, 물과 질소로부터 전기화학 방법을 이용하여 직접 암모니아를 합성하는 연구를 병행하고 있습니다. 신기술 개발을 통해 해외 수소의 가격을 획기적으로 낮출 수 있을 것입니다. 그리고 해외에서 수입된 암모니아로부터 수소를 추출하는 2000kg/일 급 암모니아 분해 수소 생산플랜트 개발도 수행하고 있습니다.

 

수소 경제를 위해 어떤 노력을 하고 있는지, 수소경제의 발전 방향과 비전을 이행할 구체적인 전략은 무엇인지 궁금합니다.

에너지연은 에너지전문 연구기관입니다. 원자력을 제외한 재생에너지, 에너지효율, 온실가스, 탄소 포집 및 전환 등 에너지를 연구하고 있다고 보시면 됩니다. 미래사회의 에너지 체계는 재생에너지를 중심으로 원자력, 수소, 에너지효율 기술 등이 보조하게 될 것입니다. 이를 위해서는 다양한 에너지를 연계하는 기술이 중요해지게 될 것입니다. 에너지 통합, 연계, 운영, 관리하는 기술이 중요하게 될 것이며 이를 수행할 수 있는 능력을 가진 기관이 한국에너지기술연구원입니다. 에너지연은 수소 전주기 기술개발뿐만 아니라 수소 기술간 및 이종 기술들과의 융복합 시스템 연구를 국내 최초로 시도하고 있습니다. 대표적으로 삼척에서 추진하고 있는 수소 시범도시 인프라 기술개발 사업이 있습니다. 본 사업에서는 일반 주택 2, 태양광 주택 3, 수소 주택 1, 외부 거래형 주택 1(3세대)과 통합관리동, 커뮤니티센터 겸 홍보관을 구축 합니다. 외부에너지 공급 없이 최소 7일에서 1개월 독립운전이 가능하도록 구축하고, 이를 통해 잉여 에너지를 수소에너지로 저장하는 에너지 프로슈머 기술 확보와 에너지 자립률 100%를 달성하도록 에너지 생산과 사용의 불균형을 해소하고, 수소 전주기(생산, 저장, 이용) 독자 기술을 실증할 예정입니다. 친환경 건축기술과 융합된 재생에너지와 수소에너지를 복합적으로 활용하는 주거단지의 설계하고 수소주택표준모델 개발, 주거 분야 설비 및 건설기준을 마련합니다. 또 다른 융복합 기술로 ‘RE100 기반의 수소 시범단지 인프라 기술개발2022년부터 시작합니다. 재생에너지의 간헐성을 극복하고 그리드 안정성에 기여하기 위한 재생에너지의 ESS와 수소에너지로의 전환 및 연료전지를 활용한 출력 조정 등을 포함한 RE100 에너지 공급 인프라 기술개발을 목표로 합니다. 이를 위하여 물리적 RE100을 위한 장·단주기 에너지 저장 및 공급 시스템 개발, 수소 기반 공급형 가상발전소의 출력 안정화 제어 기술개발, 한국형 RE100 에너지거래 시스템 개발을 하고 산업단지에 적용하여 실증할 예정입니다. RE100 구현을 위해서 재생에너지 저장기술로 이차전지와 수전해/수소저장/연료전지 발전 시스템의 최적 설계와 출력 안정화를 위한 가상발전소 설계 운전 기술을 개발합니다.

 

최근 본부장님께서 가장 주목하고 계신 분야 키워드나 관심사가 있다면 무엇인지 말씀 부탁드립니다.

수소에너지 공급망에 관심을 가지고 있습니다. 탄소중립 2050 시나리오 및 수소경제 이행계획에 발표한 바와 같이 2030년 청정수소 자급률 34%에 그린수소 25만 톤, 해외 수소 196만 톤 포함 총 390만 톤의 수소가 필요하고, 2050년에는 해외 수소 2290만 톤 포함 총 2790만 톤의 수소가 필요합니다. 아쉽게도 국내에서 재생에너지를 이용한 그린수소 원자력을 이용한 핑크수소, 화석연료이용 블루수소의 생산량은 매우 제한적입니다. 전기 가격 때문이죠. 그래서 우리의 기술로 해외로부터 수소생산/저장/이송이 완비된 공급망을 구축해야 하고 국내에도 수소공급 인프라가 필요합니다. 2050년 수소를 제일 많이 필요로 하는 곳이 발전, 산업 분야입니다. 언제, 어디에, 수소 인수기지/수소 배관망을 구축해야 하는지 설계가 필요합니다. 그리고 수소 전주기 기술에 대한 치밀한 경제성 분석, 기술실현 가능성 등을 고민해야 합니다. 아직 기술개발 초기라서 확실한 국내 데이터가 없고 외국 자료에 의존하고 있습니다. 우리 실정에 맞는 분석 자료가 필요합니다.

 

한국에너지기술연구원 수소에너지연구본부에 관해 소개하고 싶으신 사업이 있으실까요?

에너지연이 연료전지 연구를 시작한 지 40년이 되었습니다. 198010월 인산형 연료전지 연구를 국내에서 처음 시작했습니다. 이를 기념하기 위해서 탄소중립을 위한 연료전지 미래기술이라는 부제로 ‘KIER 연료전지 포럼을 921() 대전 호텔 ICC에서 개최합니다. 관심 있는 분들의 많은 참석 부탁드립니다. 에너지연에는 수소연료전지 평가 및 실증을 할 수 있는 우수한 연구 인프라를 구축해놓고 있습니다. 부안의 연료전지 연구 실증센터는 한국에너지공단이 지정한 10kW급 건물용 연료전지 성능검사기관입니다. 최근 산업부지원 고분자 연료전지 신뢰성 평가센터 구축 사업을 통하여 신규 연구동을 신축하였고 연료전지 스택 평가 장비를 포함 다양한 연구 장비를 도입하였습니다. 2022년에는 산업부 지원 분산형 연료전지 시스템 신뢰성 평가 기술개발중대 형 고정형 연료전지 표준 및 인증기반 구축과제를 수주하여 PEMFC, SOFC 평가 장비를 확대할 예정입니다. 그리고 재생에너지연구소 울산차세대전지연구센터에는 수소 배관망이 연결되어 있습니다. 울산석유화학단지에서 수소를 20기압으로 최대 890kg/h 공급받을 수 있습니다. 수소 순도는 99.99%이고, 수소 가격은 3,000/kg으로 경제적입니다. 대용량 수소 활용연구 개발에 적합한 연구 설비를 보유하고 있습니다. 에너지연의 실증 인프라에 관심을 가져주시기 바랍니다.

 

양태현 한국에너지기술연구원 수소에너지연구본부장 [사진=한국에너지기술연구원]
양태현 한국에너지기술연구원 수소에너지연구본부장 [사진=한국에너지기술연구원]

그간의 활동 중에 가장 기억에 남는 순간이 있으신지도 듣고 싶습니다.

한 우물만 죽어라 팠습니다. 학위 취득 후 저의 전공지식을 활용할 수 있는 분야로 연료전지 또는 이차전지를 생각했고 선택의 기로에서 연료전지를 선택하였고 만족하고 있습니다. 제가 입사 초기인 2000년도 경에 인터뷰 도중에 목표가 무엇이냐 하는 질문을 받은 적이 있었습니다. 수소전기차와 가정용 연료전지를 상용화시키는 것이라고 대답한 적이 있습니다. 열심히 일해서 두 기술 모두 상용화하는 데 일조를 했습니다. 대우자동차와 공동연구를 할 때 백동현 박사님과 토크 렌치를 꺾어가며 스택을 조립할 때가 있었습니다. 그 당시에는 굳이 웨이트트레이닝을 안 해도 스택을 조립하느라 팔 근육이 자연스럽게 생겼습니다. 레조에 연료전지 엔진을 장착하여 국내 최초로 주행시험에 성공하였습니다. 그리고 얼마 후 가정용 연료전지 모니터링 사업을 가스공사, 세티, 퓨얼셀파워와 공동으로 수행하며 연료전지 시스템을 대전시에 설치하여 1년 이상 운전하였습니다. 그해 겨울이 너무 추워서 외부에 설치되어 있던 수도관이 동파되어 담당 주무관님과 얼음을 깨러 다닌 적이 있습니다. 눈이 오면 한밤중에 점검하러 다녔습니다. 그런 노력으로 지금의 연료전지가 개발된 것 같습니다. 힘들었지만 기억에 남는 일들입니다.

 

마지막으로 관련 분야 종사자들과 관계자 및 단체, 월간인물 독자들에게 전하고자 하시는 말씀, 응원이나 격려의 좋은 말씀을 부탁드립니다.

2050년 전 세계 에너지 소비에서 수소가 10~16%, 재생에너지기반 전력이 50% 이상 소비될 것으로 예측하고 있습니다. 수소 소비는 우선 수송용 부문에서 사용이 늘어날 것이며 점 차 산업용 원료 및 연료, 발전부문으로 확대될 것입니다. 그러나 에너지 시장은 휴대폰이나 전기차 시장과는 달리 급격한 시장 변동을 불러오지 않고 서서히 변화할 것입니다. · ·연 및 민·관 모두 느긋한 마음을 가지고 기다리며 준비해야 할 것입니다. 맥킨지에서는 2018년 한국의 수소 국가 로드맵에서 2050년 세계 수소 시장은 약 3,000조 원 규모이며 국내 수소산업 경제효과는 약 70조 원, 고용 창출은 약 60만 명으로 전망하고 있습니다. 미래 수소 시장은 유럽, 미국, 일본 등과의 치열한 경쟁이 예상되며 기술 수준이 낮고 수소산업 규모가 작은 우리는 초기 시장에서 고전이 예상됩니다. 그러나 우리가 가지고 있는 기술력을 바탕으로 집중투자한다면 충분히 극복할 수 있는 수준입니다. 수소 시장의 경쟁은 마라톤과 같은 장기 경주라고 봅니다. 초기에 뒤졌다고 실망할 필요도 없고, 앞서고 있다고 방심하면 안 됩니다. 연구자들은 장기 목표를 설정하고 기술개발에 주력해야 하며 기업에서는 시장 진출을 위한 전방위 전략을 수립해야 합니다. 시장형성 시기, 시장규모를 볼 때 선발주자, 후발주자 간 수소기술 격차는 그리 크지 않습니다. 해외 기술 도입도 어렵습니다. 이미 해외 수전해 기업들 대부분이 해외 대기업에 인수되었습니다. 이들은 자금과 확보된 기술을 바탕으로 우리의 시장 진입을 적극적으로 막을 것입니다. 우리는 수소기술의 자립이 시급합니다. 정부에서는 가시적인 보급목표와 달성 전략을 제시해서 기업의 투자를 유도하기 위해서 수소경제 이행계획을 발표하였고, 수소기술개발 로드맵 2.0을 수립 중입니다. 큰 그림은 나왔으니 이제 민·관 협력하여 세부적인 전략을 수립해야 합니다. 미래의 수소 시장은 우리의 쾌적한 삶과 우리의 일자리를 제공할 것입니다. 열심히 노력하여 우리가 차지합시다. 감사합니다.

 

 

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