[이준기의 D사이언스] "산학연 협력해 수소기술 경쟁력 제고… 각자도생 절대 안 돼"

입력: 2024-09-19 17:07 이준기 기자

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산발적·개별적이던 5대분야 수소연구, 국가 차원서 R&D 통합플랫폼 구축
청정수소 값싸게 생산하려면 후단영역인 시스템 영역서 가시적 성과 내야
독자적 성장 쉽지 않지만 원자력에너지 인프라 연계땐 글로벌 경쟁력 확보
일관성 있는 정부 있어야 유기적인 산학연 협업 가능… 꾸준한 지원도 절실

[이준기의 D사이언스] "산학연 협력해 수소기술 경쟁력 제고… 각자도생 절대 안 돼"

이준기의 D사이언스
'국가 수소중점연구실 단장에게 듣는다' 좌담회

세계 각국이 탄소중립과 에너지 안보 강화를 위해 수소기술 선점에 국가적 연구 역량을 총결집하고 있다. 우리나라도 무탄소 청정에너지원으로 각광받고 있는 수소 생산부터 저장·운송, 활용까지 전 주기에 걸쳐 국가적 목표를 설정하고, 임무 중심 R&D에 박차를 가하고 있다.

정부는 수소기술 미래전략 수립과 수소기술의 12대 국가전략기술 선정, 국가 수소 중점연구실 출범 등 산학연관 역량을 모으기 위한 정책적 지원과 R&D 투자를 확대하고 있다.

국가 수소 중점연구실은 국내 최초의 수소 분야 국가연구실 제도로, 단기간 내 상용화가 가능한 알칼라인 수전해, 고분자전해질(PEM) 수전해에 이어 장기적 상용화를 목표로 고체산화물 수전해, 음이온교환막 수전해, 액상유기수소운반체 등 총 5개 분야를 국가 수소 중점연구실로 지정, 올해부터 본격 운영에 들어갔다.

디지털타임스는 과학기술정보통신부와 한국에너지기술연구원 공동 주관으로 지난달 29일 대전 에너지기술연 본원에서 국가 수소 중점연구실의 성공적 운영과 국가 수소 기술 경쟁력 확보 방안 등에 대해 5대 분야 중점연구실 단장들과 좌담회를 가졌다. 이 자리에서 단장들은 산학연관 유기적 협력, 산업체 지원을 위한 실증 인프라 조성 및 기술 선도국과의 국제협력 확대, 정부의 꾸준한 투자와 지원 등이 필요하다는 데 의견을 모았다.

대담=이준기 디지털타임스 ICT과학부 부장(사회)

이정인 한국에너지기술연구원 국가기후기술정책센터장
강경수 한국에너지기술연구원 알칼라인 수전해 국가수소중점연구실 단장
장종현 한국과학기술연구원 고분자전해질 수전해 국가수소중점연구실 단장
김선동 한국에너지기술연구원 고체산화물 수전해 국가수소중점연구실 단장
최승목 한국재료연구원 음이온교환막 수전해 국가수소중점연구실 단장
박지훈 한국화학연구원 액상유기수소운반체 국가수소중점연구실 단장

◇사회=2050 탄소중립 실현과 2030 국가온실가스감축목표(NDC) 달성이라는 국가적 현안 속에서 국가 수소 중점연구실을 과학기술정보통신부가 지정한 배경과 의미는 무엇인가.

이정인 한국에너지기술연구원 국가기후기술정책센터장

◇이정인 센터장=차세대 무탄소 에너지원으로 수소 중요성이 부각되면서 수소 생산과 저장 기술 확보에 대한 요구가 높아지고 있다. 과기정통부는 연구개발(R&D)부터 산업화까지 뒷받침하기 위해 국가 중점연구실로 가장 먼저 수소 분야를 정했다. 이를 위해 단기적 목표로는 알칼라인과 고분자전해질(PEM) 수전해를 시작으로 중장기적 목표인 고체산화물(SOEC) 수전해, 음이온교환막(AEM) 수전해, 액상유기수소운반체(LOHC)까지 총 5개 분야를 중점연구실로 지정했다.

그동안 산발적·개별적으로 이뤄지던 5대 분야 수소 연구를 국가적 차원에서 모아 산업적 파급력을 가질 수 있도록 중점연구실을 만든 것이다. 중점연구실은 산학연 역량을 결집해 연구 및 기술개발, 관련 산업, 국제협력, 기술사업화 등을 아우르는 명실상부한 국가 차원의 오픈형 R&D 통합 수소 플랫폼으로 만들어졌다.

강경수 한국에너지기술연구원 알칼라인 수전해 국가수소중점연구실 단장

◇강경수 단장=중점연구실은 수소 분야의 '기술 수장고' 역할을 하는 곳이라고 보면 된다. 앞서 이정인 센터장님이 말씀하신대로 중점연구실을 중심으로 수소 관련 소재, 부품, 시스템에 대한 R&D를 수행하고, 연구 성과와 국제협력, 사업화, 실증, 기술지원까지 전주기 역할을 한다는 것이 기존 R&D 수행체계와 차별화된 점이다.

알칼라인 수전해 중점연구실은 세계 최초·최고보다는 실제 기술이 활용될 수 있는 핵심기술을 기업, 대학와 함께 개발 및 지원하고, 활용하도록 가교 역할을 하는 게 목표다. 쉽게 비유하면, F1(포뮬러원) 와 같은 자동차를 개발하는 게 아니라 그랜저, 제네시스, 소나타 등 실제 도로에서 운행할 수 있는 경제성과 실용성을 갖춘 기술을 개발하는 것을 지향하고 있다.

◇사회=5대 분야 중점연구실 중 수전해 관련 연구실이 4곳이다. 우리나라의 수전해 기술 역량과 수준은 어떤가.

장종현 한국과학기술연구원 고분자전해질 수전해 국가수소중점연구실 단장

◇장종현 단장=우리의 수전해 기술과 역량은 전반적으로 선도국과 격차가 있는 게 현실이다. 다만 현재의 여건과 상황만을 가지고 이런 기술격차를 판단하면 안된다. 우리나라는 수전해 연구개발을 시작한 지 오래되지 않았다. 이 점을 감안하면 격차가 크지 않다. 아직 해외 기술도 완성되지 않았고, 양산과 저가화, 고성능화를 위한 기술개발이 진행 중이기 때문에 우리가 중점연구실을 통해 전략적으로 투자를 확대해 간다면 겨뤄볼 수 있다.

수전해 기술개발을 마라톤에 비유하면, 42.195㎞ 중 초반을 지나 본격적인 레이스가 아직 시작되지 않은 상황이다. 제품개발 측면에서 보면 우리는 수소차를 포함해 연료전지, 플랜트, 중공업 등 기반 산업에 강점을 갖고 있어 이를 수전해와 연계하고, 관련 기술 역시 수전해에 접목하면 산업적 측면에서 우수한 경쟁력을 가질 수 있다. 연구개발 측면에서도 이차전지와 연료전지를 개발하는 대학과 연구기관들이 수전해 개발에 관심을 갖고 있어 앞으로 얼마나 좋은 소재를 만들 수 있을지, 산학연 역량을 어떻게 모아 경쟁력을 높여 나갈지에 대한 고민이 필요하다.◇최승목 단장=수전해 선도국으로 일본, 유럽, 미국, 프랑스, 독일 등을 꼽을 수 있다. 중국은 시장 규모면에서 빠르게 성장하고 있고, 알칼라인 수전해 보급대수로만 보면 세계 최고다. 음이온교환막 수전해의 경우 독일이 최선도국으로 일본이 추격하고 있다. 차세대 수전해 기술 분야는 전 세계적으로 기술격차가 크지 않고, 수명과 내구성을 얼마나 빠르게 따라 잡을 지가 관건이다.

결국 음이온교환막 수전해 분야의 경쟁력은 용량보다 내구성을 통해 판가름날 가능성이 커 여기에 기술개발 역량을 집중해야 한다. 그리고, 원천기술과 시스템 연계 기술을 빠르게 사업화하기 위한 전략과 국제공동연구를 통해 우리의 기술적 갭을 메워 나가야 한다.

◇사회=고체산화물 수전해의 경우 아직 개발 초기 단계로, 세계적으로 선도할 수 있는 분야 중 하나다. 어떤 전략을 갖고 있는가.

김선동 한국에너지기술연구원 고체산화물 수전해 국가수소중점연구실 단장

◇김선동 단장=고체산화물 수전해는 아직 제품이 나오지 않아 기업 매출로 이어지지 않고 있어 연구개발 초기 단계인 것은 분명하다. 그러나 모든 분야가 초기에 해당하지 않는다. 소재나 셀, 스택 기술은 많은 기관에서 오랜 기간 동안 연구해 왔고, 기술적으로 성숙해 초기 단계는 아니다. 문제는 많은 연구들이 소재, 스택 등에 머물러 있는 것이다. 청정수소를 값싸게 생산하려면 시스템, 즉 후단 영역에서 가시적 성과를 내야 기술 경쟁력을 확보할 수 있다.

우리 중점연구실은 연구 기획을 할 때 '산업화 테스트베드'를 통해 기술이전을 적극 추진하고, 성숙된 기술은 기업이 양산할 수 있도록 기업과 협력 체계를 속도감 있게 추진하는 데 방점을 뒀다. 여기에 그치지 않고 소재와 셀, 스택도 내구성과 성능 향상을 위해 기술개발을 계속해서 지원할 것이다고체산화물 수전해의 경우 요소·기반기술은 많이 개발해 왔는데, 이를 시스템화로 연계하지 못해 기술격차가 생기고 있다. 우리는 후단 영역에 대한 기술개발과 스케일업에 집중해 시스템을 완성하는 데 초점을 맞춰 중점연구실을 운영할 계획이다. 이 과정에서 기업과 협업을 긴밀하게 추진해 나갈 것이다.

◇사회=수소 생산을 위한 다른 중점연구실과 달리 액상유기수소운반체 중점연구실은 유일하게 수소 저장 관련 연구실로 선정됐다.

박지훈 한국화학연구원 액상유기수소운반체 국가수소중점연구실 단장

◇박지훈 단장=다들 수소 생산을 위한 중점연구실인데, 우리만 수소 저장 분야다. 수소를 저장한다는 것은 영원히 저장하기 위한 게 아니다. 활용을 목적으로 저장하는 것이다. 그렇기에 활용처 입장에서는 생산된 수소를 어떤 저장 과정을 거쳐 얼마나 안전하게 공급할 지가 중요한 문제다.
액상유기수소운반체라는 이름이 어렵고, 다소 생소한데, 쉽게 말해 수전해 등을 통해 생산된 수소를 실제 활용할 때까지 장기간 보관하고, 필요한 곳에 옮겨서 보급하는 기술이라고 보면 된다. 비유해서 설명하면 휘발유와 디젤 같은 물질에 수소를 담아 옮기는 기술이다.

해외에서는 우리와 달리 대량의 수소를 저장·운송하는 데 초점을 맞춰 연구개발이 활발하게 이뤄지고 있다. 우리 중점연구실은 수소연료전지, 수소 모빌리티 등과 같은 수소 활용기술과 수소 저장기술을 어떻게 연계할 지를 기술과 인프라 측면에서 개발하는 데 초점을 맞추고 있다.

◇사회=고분자전해질 수전해, 고체산화물 수전해, 액상유기수소운반체 중점연구실의 운영 전략은 무엇인가.

◇장종현 단장=독자기술을 개발하고 발전시켜 세계를 선도하는 수준까지 올라서는 게 최종 목표다. 결코 쉬운 목표는 아니다. 높은 산을 오르기 위해선 베이스캠프를 잘 만들어야 하는 것처럼 우리 중점연구실이 목표를 달성하려면 산학연 협력체계를 잘 구축해야 한다. 이를 위해 개발된 기술과 제품에 대한 신뢰성과 내구성을 검증하기 위한 인프라 구축이 절실하다. 올해는 대학과 연구기관에서 개발한 여러 기술들의 실용화 가능성을 점검하고, 기업들이 개발한 제품의 신뢰성 평가 등을 수행해 산학연 협력 허브 역할에 주력할 생각이다.

◇김선동 단장=고체산화물 수전해 중점연구실의 목표는 명확하다. 대량 수소를 저렴하게 생산하기 위한 기술개발이 우리의 지향점이다. 수전해 기술은 당초 재생에너지 변동성을 수용하기 위해 에너지 저장 개념으로 발전해 왔지만 우리나라는 재생에너지 환경이 좋지 않다. 이에 비해 우리나라는 원자력에너지 환경이 좋다. 원전의 안정적인 전력망과 연계해 대량 수소를 안정적으로 생산하는 기술을 확보하면 수전해 분야에서 국제적 경쟁력을 확보할 수 있다.

우리 중점연구실은 원자력을 활용한 저가 수소 생산에 R&D 역량을 모을 계획이다. 정부도 원자력 발전을 통해 수소를 생산하는데 상당한 관심을 갖고 있다. 원자력과 고체산화물 수전해를 연계해 원자력 수소 생산에도 적극 대응해 나가는 것도 우리의 전략 중 하나다.

◇사회=빠른 기간 내 수소 기술 경쟁력을 확보하기 위해선 선도국과의 국제협력이 매우 중요하다. 어떤 전략으로 추진해야 하나.

◇박지훈 단장=액상유기수소운반체 중점연구실은 출연연을 중심으로 대학, 기업들이 모여 협력하는 방식으로 연구 풀을 넓혀 나갈 것이다. 대부분 수소산업은 기술 주체가 없거나 열악한 상황이다. 중점연구실이 개방형 R&D 플랫폼 역할을 맡아 기술개발을 선도하고, 관련 기업을 파트너로 키워 새로운 수소 산업 생태계를 하루빨리 만들어야 한다.

◇강경수 단장=중점연구실을 중심으로 해외 수전해 기술 선도국과 협력연구를 강화해야 한다. 협력 연구는 어느 한쪽이 일방적으로 도움을 주는 것으로는 불가능하다. 서로에게 도움이 돼야 한다. 우리 입장에서 기초소재나 시험평가 프로토콜 등을 기반으로 한 인적교류를 통해 협력의 물꼬를 틀 수 있다. 그 이후에 공동연구를 추진하는 전략으로 국제협력을 확대해야 한다.

◇장종현 단장=중점연구실을 통한 국제협력은 매우 좋은 전략이다. 이에 앞서 중점연구실을 산학연 협력체제로 탄탄히 구축해야 한다. 최근 글로벌 장벽이 없어졌다고 하지만 국가 간 기업의 협력은 아직도 여러 가지 제약이 뒤따른다. 먼저 연구기관을 내세우는 학문적 교류를 통해 협력할 수 있는 환경을 만들어야 한다. 이를 기반으로 기업 간 교류와 협력으로 확장해 나갈 수 있을 것이다.

◇이정인 센터장=중점연구실 운영만으로 채워지지 않는 부분들을 국제협력을 통해 채워나갈 수도 있다. 중점연구실이 국내 산학연을 기반으로 출발했지만, 향후 부족하거나 보완할 것들은 국제협력을 통해 가능하다. 정부 부처도 중점연구실 중심의 국제협력 추진에 강한 의지가 있어 향후 신규 과제 기획 시 이에 대한 논의가 있을 것이다.

◇강경수 단장=앞으로 중점연구실에 기업이 참여 또는 주관기관으로 역할을 하도록 개방해야 한다.출연연과 대학이 개발한 기초 원천 성과나 혁신적 성과들을 기업에 적용하려면 기업의 역할이 필수적이다. 기업들이 따로따로 경쟁하는 우리와 달리 일본은 공급망을 일원화해 기업 간 경쟁을 최소화해 제품 단가를 낮춰 경쟁력을 확보해 가고 있다. 유럽과 중국 업체들도 마찬가지로 공급망을 일원화하는 전략으로 해외 기업과 경쟁하고 있다. 우리도 중점연구실을 중심으로 R&D 밸류체인을 일원화하고, 기업 간 협업관계 강화하면 제품에 대한 신뢰성과 가격 경쟁력을 가질 수 있을 것이다. 결론적으로 말하면 각자도생은 다 죽는 길이다.

◇사회=그렇다면, 우리가 수소기술 선도국으로 발돋움하기 위한 전략은 무엇인가.

◇장종현 단장=수소경제가 본격화되면 활용 기술이 지금보다 중요해지기 때문에 앞으로 수소 생산 기술 기반이 갖춰진 후에는 수소 활용기술에 대한 기술개발 투자도 확대해야 한다. 아울러 5대 분야 중점연구실 간 융합과 연계를 위한 R&D 밸류체인 구축이 필요하고, 그 기반 위에서 산학연의 유기적 협업관계를 위한 허브 역할을 중점연구실이 담당해야 한다.이를 위해선 신뢰가 바탕이 돼야 하는데, 이런 신뢰는 정부의 일관성 있는 정책 추진에서 나오기 때문에 정부의 역할이 중요하다.

◇김선동 단장=최근 HD한국조선해양이 핀란드 기업 엘코젠을 인수하는 등 국내 수소 생태계를 보면 대기업 중심으로 해외 기술을 가져다 사업화하고 있다. 속도 측면에서 빠르게 사업을 진행할 수 있지만 국내에서 기술개발이 활발하게 이뤄져야 독자적인 생태계를 구축할 수 있다. 무엇보다 수소 관련 국내 중소·중견기업이 견실하게 성장하고, 부품·소재 기업이 많아져야 국내 수소 생태계가 한층 탄탄해질 수 있다. 적어도 당분간은 정부가 나서 수소 생태계 조성을 위한 마중물 역할을 해야 한다.중점연구실이 그런 역할을 할 것이다. 중요한 것은 빠르게 추격하기 위해 해외 기술에 너무 의존하지 말고, 독자 기술을 통해 수소 산업 생태계를 키워야 한다는 점이다.

◇강경수 단장=수소경제는 2030년이 아닌 2050년 이후를 봐야 한다. 그렇기에 2050년 이후까지 R&D를 지속해야 하고, 기업들도 투자를 계속해야 한다. 유럽은 1980년대부터 수전해 관련 기술개발을 지속하고 있다. 정부 정책과 투자도 기술의 장기적 진화와 경쟁력 확보 차원에서 꾸준히 이뤄져야 한다. 개발된 기술을 기업이 가져가 제품화하려면 실증이 뒷받침돼야 한다. 현재 수소충전소의 압축기, 디스펜서, 열교환기 등 많은 부분이 국산화되고 제품 경쟁력이 올라가고 있다. 이는 제품을 적용하고 실증해 개선할 수 있는 운동장이 국내에 마련됐다는 것을 뜻한다. R&D에 대한 지속적인 지원과 결과물이 쓰일 수 있는 환경 조성이 필요하다.

최승목 한국재료연구원 음이온교환막 수전해 국가수소중점연구실 단장

◇최승목 단장=정부의 지원 확대도 중요하지만, 꾸준한 지원이 더 중요하다. 이 분야가 살아 남으려면 사람에 투자와 함께 개발된 기술을 기업에 넘기기 위한 중간자적 역할을 할 실증 지원도 필요하다. 음이온교환막 수전해 중점연구실은 지자체와 연계해 실증센터를 구축하려고 한다. 이를 위해선 소재나 부품, 시스템 등을 위한 실증 사이트가 필요하고, 기업과 대학이 언제든 와서 자신들이 개발한 소재나 부품을 검증하는 인프라가 빠르게 구축돼야 수소 산업 생태계가 성장할 수 있다. 이를 위해 과기부뿐 아니라 모든 부처가 힘을 모아야 한다.

◇이정인 센터장=장기적 관점의 국내 수소산업 생태계 조성을 위해 지속적인 지원과 투자 확대는 필수적이다. 그리고 정부와 산업계, 연구계, 대학 등이 긴밀한 협력체계를 갖춰야 한다. 5대 분야 중점연구실이 기술성과를 한데 모으는 중심 조직이자 연구성과를 기업 등 수요자에게 공유하고, 개발된 기술을 검증할 수 있는 개방형 R&D 플랫폼 역할을 할 수 있도록 국가기후기술정책센터가 다방면으로 지원할 계획이다. 이를 토대로 중점연구실이 수소 분야에만 국한되지 않고 다른 기술 분야로 확장될 수 있도록 모범 사례로 만드는 데 기여하겠다.

정리=이준기기자 bongchu@dt.co.kr

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