美·日·유럽 등과 기술 경쟁…세계적 수준 연구실 발돋움
여름철이 지났지만 ‘전력대란’은 아직 진행형이다. 올겨울에도 전력수급 비상상황이 되풀이될 것으로 예상돼서다. 국내에는 23기의 원자력발전소가 있지만 고장이 잦고 멈춰선 6기의 재가동 시점도 불확실하다. 올겨울에 전력수요가 폭증하면 가정용 전기 공급부터 끊어지는 ‘순환단전’이 실시되는 것 아니냐는 우려도 나온다.김병국 한국과학기술연구원(KIST) 고온에너지재료연구센터장은 “전력수요가 높아지자 한국뿐 아니라 세계 모든 나라가 이 같은 고민을 하고 있다”며 “각국이 높은 효율로 전력을 공급할 수 있는 에너지 분야 원천기술 연구에 앞다퉈 나서는 이유”라고 말했다.
김 센터장은 “특히 일본 후쿠시마 원전 고장으로 방사능 문제가 대두되자 청정한 에너지원의 필요성이 커졌다”며 “에너지 효율을 끌어올린 혁신적인 고온에너지 소재 기술을 연구해 대안을 찾아나서고 있다”고 설명했다.
◆친환경·고효율 연료전지 연구
KIST의 고온에너지재료연구센터는 신에너지·재생에너지·에너지 효율 분야 가운데 고온에너지소재의 원천기술을 연구개발(R&D)한다. 센터가 개발한 기술은 고온에서 작동하는 전기화학소자를 만들고, 수소를 생산·분리·저장해 에너지원으로 쓰는 데 응용할 수 있다. 내열·내산화성 철강과 같이 에너지 효율을 높일 수 있는 소재를 생산하는 데도 적용 가능하다.
김 센터장은 “연료를 전력으로 바꾸는 ‘연료전지(fuel cell)’는 공해가 없고 효율이 높아 세계적으로 각광받고 있다”며 “이 중에서도 특히 고온 고체산화물연료전지(SOFC) 연구에 초점을 맞추고 있다”고 했다. SOFC는 다양한 연료전지 중 한 가지 형태로 수소를 포함한 연료를 고체산화물 전해질에 통과시켜 전기를 만든다. 군인이 휴대할 수 있는 수 와트(W)급 독립군사전력장비부터 수십 메가와트(㎿)에 달하는 발전설비까지 적용할 수 있다. 자동차용 저온 SOFC 기술도 개발되고 있지만 통상 600~1000도의 고온에서 작동한다는 설명이다.
김 센터장은 “고온 SOFC는 신에너지 가운데 가장 유망한 기술분야 중 하나”라며 “쓰임새가 많은 만큼 경쟁도 치열하다”고 말했다. 미국 유럽 호주 일본 등은 이미 뛰어들어 기술 선점 각축을 벌이고 있다. 미국 ‘블룸에너지’는 2010년 ‘블룸박스’라는 SOFC를 내놓아 화제가 됐다. 일본 이동통신사 소프트뱅크의 손정의 회장도 지난 7월 블룸에너지와 합작회사를 설립해 연료전지사업에 뛰어든 상태다.
◆20년 한우물 … 산학 연구도 진행
김 센터장은 “유망 분야인 만큼 센터에 근무하는 연구원이 앞다퉈 스카우트 제의를 받을 정도”라며 “센터의 연구 수준은 국내 최고는 물론 세계적 수준이라고 자부한다”고 강조했다. 그는 “특히 관련된 전체 공정을 연구하고 있어 전지가 개발되는 주기를 모두 볼 수 있다”며 “이같이 모든 과정을 유기적으로 다루는 연구실은 세계적으로도 드물다”고 말했다. 고온에너지연구센터는 국내 산업계와도 긴밀하게 연구 협력을 진행하고 있다.
센터에서는 1993년부터 관련 연구를 시작했다. 20년간 한우물을 파오면서 쌓인 연구 경험이 밑바탕이 돼 첨단 연구가 가능했다는 설명이다. 김 센터장은 “초보적인 기술부터 시작해 최근 진행하는 첨단 연구까지 차근차근 단계를 밟아 왔다”며 “세계적인 기술 수준을 갖춘 연구그룹으로 발돋움한 것은 이 같은 연구 성과가 쌓였기 때문”이라고 했다.
앞으로 센터에서는 고온이 아닌 중온에서 작동하는 프로토닉스 기반의 세라믹 연료전지(PCFC) 개발에도 박차를 가할 계획이다. 저온에서는 반응 속도가 느리고, 고온에서는 그만큼 잘 견디는 소재를 사용해야 해서 비싸기 때문이다. 김 센터장은 “이 분야에서 연구할 내용은 무궁무진하게 많다”며 “신에너지 원천기술을 직접 개발하고 싶은 인재들이 지원해도 후회가 없을 것”이라고 말했다.
김보영 기자 wing@hankyung.com
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