고유가, 기후변화협약, 지역경제 활성화 등에 대한 해답으로 여전히 신재생에너지가 주목받고 있으며, 2008년에도 전세계적으로 에너지 자원확보가 각국의 생존전략과 직접 관련된 문제로 이어져가고 있다.
선진국을 비롯해 우리나라도 신재생에너지 개발과 보급에 박차를 가하고 있는가운데 2008년 3월 전경련의 ‘신재생에너지연구회’ 발족과 더불어 각 대기업들의 참여도 활발해지고 있다.
2005~2007년 전세계 신재생에너지 분야 투자규모가 매년 53%씩 증가하고있으며,이에 발맞춰 한국전력 등 9개 에너지 공기업들도 2007년~2008년에 걸쳐 1조 1천 367억여원을 투자하며 정부와 신재생에너지 개발공급협약을 체결, 신재생에너지 발전설비 건설과 연구,개발(R&D)에 힘쓰고 있다.
정부는 2008년 11월 19일 세종로 중앙청사에서 열린 기후변화대책위원회에서는 태양광,풍력발전 수출해서 2012년까지 연간 10조원 규모로 확대하고 세계 4대 그린카 강국 진입,신재생에너지 단지 조성과 그린홈 100만호 보급사업을 통한 신재생에너지 보급비율확대, 그리고 글로벌 물관리 전문기업육성 등을 내용으로 하는 신성장동력 확충대책을 제시하기도 했다.
또한 경기도는 작년 10월 2일 미국의 유기태양전지 전문업체인 플렉트로닉스사 및 국내업체인 KPF사와 유기태양광 패널생산을 위한 투자협약(MOU)을 체결하기도 했으며, 평택시와 경기북부 등 4곳에 녹색성장을 이끌어갈 신재생에너지 산업단지 4곳을 조성함과 함께 3~4조원을 투자해 산업,보급,연구등 3개분야 11개 시책사업으로 구성되는 ‘녹색(Green)경기 프로젝트’를 추진하고있다.
전라남도 역시 영광 원자력발전소에서 납부하는 1,000억원대의 ‘원자력발전 지역개발세’를 올해부터 향후 13년간 지역균형발전 및 신재생에너지 지원사업에 투입될 전망이다.
‘저탄소 녹색성장사업’이 본격 가동됨에 따라 신재생에너지 12개분야 기술개발에 작년보다 약 3백50억원을 늘린 2천4백24억원을 투자하고, 신재생에너지 보급 확산에 2007년의 3천1백3억원보다 많은 4천4백82억원을 지원한다는 내용을 담은 에너지분야 예산 및 기금안을 확정 발표했다.
수소경제(Hydrogen Economy)사회
1990년대 이후 환경오염물질의 배출에 대한 규제(regulation)가 전세계적으로 엄격해지고
있는가운데 에너지자원고갈 및 환경오염문제를 해결하는 대안으로 깨끗하고 지속성있는
새로운 대체에너지 자원의 개발과 에너지시스템 구축이 중요 현안과제로 인식되고 있다.
비고갈성, 환경친화성의 장점을 가진 2차 에너지로서 일반 연료, 수소자동차,연료전지에 이르기까지 다양한 분야에 이용될 수 있는 수소에너지가 차세대 신재생에너지로서
주목받고 있다.
수소에너지;가시권에있는 인류에너지 문제의 유일한 대안
연료전지;수소에너지 활용 핵심기술
↓
차세대 성장동력
↓
<표 1> 수소경제사회의 부상
수소는 주거용, 난방용, 발전용 연료로 이용가능한데, 가스상태에서는 발열량이 천연가스의 1/3정도(부피기준)로 적지만, 버너구조 개조로 쉽게 사용할 수 있다. 액체수소연료는 단위무게로 볼때 매우 높은 열량을 가지고 있으므로 보다 큰 연료탱크를 필요로한다.그럼에도 불구하고 수소는 제트 연료와 비교하여 경쟁력이 있으며, 로켓 연료로도 널리 사용된다.
수소에너지 기술은 제조, 저장, 수송 및 이용방법에 이르기까지 많은 분야가 종합적으로 연관되어 있지만, 아직까지 경제성이 확보되지 않은 기술들이 대부분이어서 일반 산업체의 참여가 제한되고 있는 실정이다. 수소관련기술은 기계, 금속, 화학, 화공 다방면으로 파급효과가 큰 기술분야인만큼 에너지의 97%를 수입에 의존하는 우리나라로서는 체계적이고 장기적인 안목의 투자와 일관성있는 정책의 수립이 선결되어져야 한다.
현재 수소는 반도체, 전자, 철강/금속, 화학/식품 산업에 사용되고 있으며, 2007년 국내 시장은 약 120억원 규모에서 2012년에는 300억원, 그리고 2020년에는 2,600억원 규모로 성장예측하고있으며, 국외 시장도 1,400억달러(한화 약 140조)의 거대시장으로 성장할 것으로 전망하고 있다.
구분
2004년
2007년
2012년
2020년
국내
0.8억달러
1.2억달러
3.0억달러
26억달러
국외
300억달러
400억달러
800억달러
1,400억달러
*자료: 한국가스공사
<표 1> 국내외 수소시장 현황 및 전망
우리나라에서는 이미 1970년대부터 수소의 제조/저장/이용 등 각 분야에 관심을 갖고 기초연구를 수행해 왔다. 정부지원이 꾸준히 계속되지 못하고, 지원 규모가 매우 작아 실증 규모에까지 이른 것은 없으나, 밑바탕이 될 인적 자원과 수소에 대한 관심은 점차 증대되고 있다.
1989년 과기처의 지원으로 대학 및 연구소 공동으로 수소에너지 관련 기초연구를 수행하였고, 1989년부터 1992년까지 특정과제로 추진되었던 연구내용은 수소의 제조기술, 수소의 저장기술 및 수소의 안전대책기술로 9개의 연구과제가 수행되었다. 한편 1988년에 대체에너지 기술개발사업이 시작됨에 따라 1992년부터 수소에너지 분야의 연구개발도 지원되기 시작하였다.
2000년 10월부터 과학기술부에서 5년간 60억원을 지원으로 수소제조연구가 본격화되었고, 2003년 10월부터 10년 계획의 21C 프런티어 기술개발사업의 하나로 ‘고효율 수소에너지 제조?저장?이용 기술개발사업’이 시작되어 연간 약 100억원 규모의 연구비를 투입하고 있다. 2004년 3월에는 16년 계획으로 원자력 수소 생산시스템 개발사업이 시작되었으며, 2004년 1월에 출범된 산업자원부 산하 ‘수소연료전지사업단‘에서는 신재생에너지 프로젝트형 사업으로서 수소 생산, 저장 및 연료전지 이용에 관한 전반적인 연구개발 사업을 수행하고 있다.
수소선진국 현황
1960년대에 우주개발을 위한 수소 추진 로켓, 액체수소의 저장과 수송, 연료전지 이용기술 등이 선진국에서 일부 실용화되었고, 수소에너지 공동개발추진 및 수소에너지 시스템 실증실험 등이 이루어지고 있다.
1970년대의 오일 파동을 통해 수소에너지의 중요성을 재인식하는 계기가 되었으며 각국에서 수소에너지 등 대체에너지 개발사업이 시작되었다.
1990년대의 대체에너지원으로부터의 수소 생산기술 및 연료전지를 비롯한 수소 이용기술의 획기적 발전으로 수소에너지 개발사업이 본격적으로 활성화되는 계기를 마련하였다. 대규모 실용화를 목표로 1980년대 독일에서 시작된 수소기술 개발계획을 필두로 미국과 일본에서도 본격적인 계획 수립에 착수하여 미국은 1990년, 일본은 1993년을 기점으로 각각 대규모 수소기술 개발프로그램을 시작하였다.
미국
현재 수소경제 국제파트너쉽(IPHE) 등 세계 주도권을 선점하고있는 미국은 1970년대 두차례 석유 파동에서부터 수소에너지 개발에 대한 관심이 시작되고, 1980년대 중반 이후 대체에너지 기술개발이 괄목할 만한 성과를 보이면서 활성화되기 시작하여, 1990년 Matsunaga Act 제정을 계기로 수소에너지 개발 프로그램이 본격적으로 추진되기 시작하였다.
1992년 에너지부(DOE)의 “Hydrogen Program”이 확정되면서 본격적인 기술개발이 시작되었으며 수소에너지 시대를 대비한 요소기술(Critical Technology) 개발을 위해 연평균 약 1,800만달러를 투자하고 있다.
1996년 미의회는 수소미래법안(Hydrogen Future Act)을 통과시켜, 1996년부터 2001년까지 16억달러를 수소의 생산, 저장, 이용 등에 관한 연구와 실증사업에 투자토록 하였다. FreedomCAR(‘02년~’06년,5억달러) 및 Hydrogen Fuel Initiative(2003년~2007년,12억달러) 프로그램은 수소에너지와 연료전지 기술개발에 약 17억달러의 연구비를 투자했다.
일본
일본정부(통상산업성 산업과학기술청)는 1993년 기존의 Sun Shine 프로그램(신에너지기술 연구개발계획, 1974년～1991년 동안 수행), Moon Light 프로그램(에너지절약기술 연구개발계획), 환경기술 연구개발 프로그램의 3부문을 통합하여 새로운 에너지/환경기술 연구개발계획인 뉴 선샤인 프로그램(New Sun Shine Program)을 시작하였다.
수소에너지기술 연구개발계획(World Energy Network)을 통해 수소와 관련된 모든 국책연구사업(민간관련 포함)을 수행하였는데, 제1단계(‘93년～’98년)동안에는 생산/저장 및 수송/이용 등 수소에너지 시스템을 구성하는 각 sub-system의 평가를 주축으로 연구가 진행되었고 제2단계(‘99년～’03년)동안에는 수소에너지의 사회 진입을 중장기적 과제와 신재생에너지원으로부터 수소 대량생산및 활용을 목적으로하는 장기적과제로 나누어 진행되었다.
2003년부터 2007년까지 ‘수소안전, 이용 등 기반기술개발’에 약 6,000여억원을 투입하였으며, 2010년까지는 연료전지 자동차 5만대, 가정상업용 등 연료전지 시스템 약 2,000MW의 보급을 목표로 하는 등 수소연료전지 분야 상업화를 위한 과감한 투자가 이뤄지고있다.
독일
독일은 미국과 달리 포괄적인 수소도입이 목표가 아닌 개별프로젝트를 통해 수소이용기술의 적용범위를 확대해나가고 있다. 독일정부의 수소연료전지 관련 기술개발 예산은 1997년 2,500만DM(DeutscheMark)이었으며,2000년에는 3,100만DM으로 증가되었다.Bavaria주정부는 1986년 태양-수소에너지 시스템기술을 개발하는 SWB(Solar Wasserstoff Bayern)를 발족시킨 이후 2000년까지 1억 5,000만DM을 수소프로젝트에 투입기술개발을 적극적으로 지원하고 있다.
수소저장 합금의 개발, 수소자동차의 개발 외에 대체전원(PV system)으로부터 수소의 제조와 저장, 그리고 연료전지, 수소보일러, 수소자동차 등에 이용하는 수소에너지 시스템 기술의 플랜트를 설치, 운전하여 수소에너지 시대의 도래에 대비하고 있다.
수소에너지 기술확보, 조기 실용화 밑거름...
선진국의 기술개발 초점이 기본기술부분에서 대량생산을 통한 가격저감 기술개발단계
로 점진적으로 변화되며 막대한 자금이 유입되고 있는데, 수소에너지 시스템을 실용화
하기까지는 제조, 수송, 저장, 변환, 이용 등 모든 분야에서 해결해야 할 문제가 많다.
수소에너지 시스템 개발을 위해서는 수소를 싼값으로 대량생산할수 있는 제조법, 경제적
인 저장과 수송법 및 연료전지 등과 같은 다양한 이용기술의 확보가 선행되어야 한다.
우리나라는 향후 경제성 있는 적정규모의 제품화, 저가화 및 신뢰성 확보등을 위한 지
속적이고 전략적인 예산지원 등이 요구되며 3대분야로 중점 추진되고 있는 수소?연료
전지분야에 대한 정부주도의 전략적인 기술개발을 강화해 나가고, 2011년까지 연료전지세
계시장의 20% 점유 및 세계 3위 수준의 기술력 확보를 목표로 수소?연료전지 분야의
조기 상용화를 위해서 선진국의 핵심기술 도입을 통해 선진국 기술수준 달성과 국내 보
급시장을 확대해 나갈 계획이다.
지구환경 보존과 에너지원의 효율적인 이용을 위하여 고효율의 환경친화적 청정에너지 기술개발이 시급하며, 이에 적합한 미래의 에너지 매체로 우수한 특성을 가지고 있는 신
에너지 관련 기술개발이 필요하다. 이에 따라 환경 파괴 및 화석에너지 고갈에 대한 궁극적인 해결책으로 수소에너지의 중요성이 증대되고 있으며, 수소에너지 기술확보는 미래 21세기 에너지안보 및 국가경쟁력을 결정하는 중요한 요소가 될 것이다.
연료전지 _ 수소경제의 첫걸음
연료전지는 연료(LNG, LPG, 메타놀등)로 사용하는 수소와 공기중 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기 및 열로 직접 변환시키는 장치로서 수송·발전·가정·휴대용 등 다양한 분야에서 응용이 가능한 신재생 에너지이다.
정부에서 국가에너지기본계획을 통해 녹색성장의 패러다임을 제시했는데 특히, 고부가가치 신사업 창출을 위해 태양전지,수소.연료전지자동차를 포함한 그린카 등 신성장동력 6개분야 22개 과제를 발표하고,이 분야를 산업화하기위해 민.관공동펀드를 조성하는 중장기 투자계획을 마련하고있다.
수소연료전지는 여러 에너지 이용기술 중의 하나로서 에너지 생산기술보다는 에너지 효율 또는 절약기술에 더 가까운만큼 인류의 주 에너지원이 되기위해서는 수소의 생산, 저장, 운반 등의 문제해결이 우선시돼야 할것이다.
특성 및 성장 전망
업체 동향
발전용
*저공해,고효율,폐열이용 가능
*기존 시스템의 문제점 해결
-입지선정, 송배전 누전, 고유가 등
*수 kw급(가정용)-수백 mw급
(중형 발전소용) 개발
*정부 지원하 개발 진행
- FCE(미), IHI(일)
*가정 상업용
- Sanyo(일),
GS퓨얼셀, 퓨얼셀파워(한)
*한전 중심 개발
- 포스코, 두산중공업, 효성,
삼성Eng 등 참여
휴대용
*고성능 전원에 대한 수요증가
-동영상 구현, 데이터 처리랼 증대 등
*상업화시 기존 2차전지 시장 판도변화
- Motorola, Toshiba 등
- 삼성전기, LG화학, GS퓨얼셀 등
운송용
*환경관련 법규 및 인센티브 제도 등에
의한 시장형성 시점 결정
*고압 수소가스통(700기압)을 탑재한
연료전지 차량 우선 보급 예상
*자동차 Maker(현대자동차) 중심
개발진행
*IFC(미), Ballard(캐) 등 벤쳐회사
*참고:수소연료전지사업단
< 연료전지 개발 현황 >
우리나라는 1988년부터 2007년까지 총 103개 과제에 정부의 투자금 1,760억원을 포함하여
3,296억원을 수소.연료전지 기술개발에 투자하였고, 기술수준은 2008년 1월 기준으로 선진국과
비교했을때 수소는 51%, 연료전지는 66% 수준이다.
기술개발은 수소 생산/저장/이용(연료전지) 분야로 구분되어 정부주도로 Top-down
방식으로 추진하고 있으며, 산업화 토대를 마련하기 위해 2004년부터 대기업 주도로 기
술개발을 추진하고 있다. 연료전지 분야의 시스템 설계, 제작 기술 등은 선진국 수준에
근접하나, 소재 및 원천기술확보가 미흡한 상태이다. 그리고 일부 수소기술은 기초연구수
준에 머무르고 있으나, 화석연료를 이용한 수소제조, 고압저장 등 상용화에 가까운 기술
은 경쟁력을 확보해가고 있다.
최근 국내최대규모인 2.4MW급 수소연료전지 발전소가 처음으로 상용발전을 시작했고
2009년에는 4.8MW급 발전소가 설립 예정에 있으며 그에따라 정부는 2018년 세계연료
전지발전시스템 시장의 40%점유를 목표로 관련제도 개선을 통한 지원에 나서고 있다.
서울시와 경남도에서도 용적률 확대해서 2020년까지 총 6,000억의 예산을 지원하는 등
수소연료전지 보급을 위한 다양한 지원책을 잇따라 발표하고 있다.
(단위 : 백만원)
년 도
~2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
계
과 제 수
54
2
5
21
5
11
5
103
정부지원
35,223
6,448
9,233
20,377
25,319
39,935
39,484
176,019
민간부담
30,668
5,043
7,204
17,704
21,921
34,964
36,055
153,559
계
65,891
11,491
16,437
38,081
47,240
74,899
75,539
329,578
*자료:신재생에너지센터
< 연도별 수소연료전지 연구개발비 투자실적(`88～`07) >
2008년 11월 28일 수소연료전지 분야 첫 인증서 교부받은 퓨얼셀파워는 2007년도 가정용 수소연료전지(1kw급) 1단계 모니터링사업 추진하에 2008년 4월 2일부터 서울시청 별관에 가정용 수소연료전지(1kw.2기) 설치 가동중에 있으며, 2008년도 2단계 모니터링 사업으로서 전국에 연료전지 70기 설치를 계획중에 있다.
국내 최초로 유인주택에 가정용 연료전지를 시범적설치한 GS퓨얼셀은 2007년도에 시스템 20기를 한국가스공사 및 도시가스사에 납품하였으며 2008년도에는 35대(총 70대), 2009년까지는 총 100대의 가정용 연료전지 난방시스템 설치 계획하에 있다.
프로파워는 하이브리드시스템 스쿠터 개발주관기업으로서 2007년 10월 독일 율리히 연구센터와 기술제휴 맺은바있으며 일본 스미토모 케미컬사에 연료전지 분석장치를 수출하고, 현재 56억원 사업규모의 국책과제로 스쿠터에 적용할 수 있는 하이브리드 시스템을 2009년 상반기 개발완료를 목표로 한국에너지기술연구원, KIST, KAIST등과 공동으로 연구개발중에 있다.
SK에너지는 선진국이 독점하고있는 핵심기술인 수소제조장치를국내 최초로 개발하여 적용한 수소스테이션을 완공하고 운전중이며, 현재 현대자동차 주관인 연료전지자동차 모니터링 사업(‘07~’09 승용차 30대,버스 4대 시범운행)과 연계하여 수소스테이션 운영 및 수소충전 실증중에 있으며 2009년말까지 국산화 기술개발 완료를 통하여 국내 수소 인프라 구축에 선도적인 역할을 수행중이다.
서울시는 2010년 3월까지 목동에 세계 최대규모의 발전량 5.2MW의 수소연료전지 발전소를 건립할 예정이며, 2015년까지는 마곡지구에도 최대 20MW규모의 연료전지를 도입할 것이라고 최근 밝힌바 있다.
일본정부는 연료전지 BOP(Balance Of Plant, 발전보조설비)분야에 주목하고있는데, 우리나라 BOP분야는 포스코파워가 세계적업체인 미국 FCE사와 기술교류를 맺고 부품개발을 추진하고있다.
한국은 2040년까지 수소경제(Hydrogen Economy)를 구현한다는 장기계획하에 MEA등 핵심부품의 원천기술 확보를 위한 지속적인 연구 개발중에 있다.
연구개발완성 및 실증단계
연료전지 시장형성 단계
연료전지 시장확대 단계
수소경제 구현단계
-연료전지 신뢰성 확보 및 가격 저감 단계
-연료전지승용차 500대 및 연료전지 버스 20대 실증 및 보급
-수소충전소 10기 운영
-가정용 연료전지 10,000 기 및 상업용 연료전지 80기
-발전용 연료전지 400MW 보급
-연료전지 기술의 본격적 보급시기
-연료전지 승용차 50,000 대
-수소충전소 500기 운영
-가정용 연료전지 10만기
상업용 연료전지 2000만기 보급(2015년 기준)
-발전용 연료전지 1000MW 보급(2015년 기준)
-민간 기업 주도 연료전지시장 자립화 및 확대
기(수송용,발전용,가정/상업용,휴대용)
-신재생에너지 기술과 연계된 수소 제조기술 현실화
(~2012년)
(~2020년)
(~2030년)
(~2040년)
*참고:수소연료전지사업단
< 수소경제사회 >
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