9. 한국의 수소연료전지 산업 경쟁력 현황 및 전망

우수한 기술 및 인력 보유로 연료전지 개발에 적격
국내 산학협력·정부지원 통해 집중적 프로그램 절실

▲ 정종식 교수 (포스텍 신재생에너지연구소)

◇한국의 수소연료전지 산업 경쟁력 현황

한국의 수소연료전지 관련 산업의 태동은 그나마 대한민국 정부의 지속적이고도 꾸준한 정책적인 지원에 기인하며 현재 국가 연구개발비 지원도 GDP 대비해서는 덴마크 다음으로 세계 2위다. 최초의 정부 과제는 1990~93년 호남정유의 80KW급 인산형 연료전지 개발과제가 효시가 돼 그 후 발전용 용융탄산염에 대한 지원이 삼성중공업·한전·포스코·두산으로 이어져 내려오고 있으며 2001년부터 지금까지 1천500억원의 예산이 지원됐다.

다만 많은 예산을 소비한 용융탄산염형이 실패한 일본 모델을 벤치마킹 하다보니 상업화에 성공하지 못한 아쉬움이 남는다. 그러나 현재의 GS 퓨엘셀은 호남정유 및 삼성중공업의 연구인력이 모태가 돼 창업됐다. 2004년부터 정부는 고분자전해질형 연료전지의 개발에 집중적인 지원을 하여 자동차용 개발 및 실증에 2천억원, 전자기기 휴대용에 280억원 및 가정용 보일러에 530억원을 지원했다. 이 중 자동차용은 현대자동차에 의해 가정용은 GS 퓨엘셀 및 퓨엘셀파워에 의해 상품화에 성공했다. 현재 가정용은 효성이 자체적으로 개발해 실증사업에 참여하고 있고 현대하이스코도 사업을 고려하고 있다.

차세대 고체산화물 연료전지는 기술이 가장 어렵고 또한 여러 가지 모델이 있어서 집중을 하기가 힘들고 그나마 선진국이 기술 이전이나 노출을 꺼려서 한국이 고전하고 있는 분야다. 더구나 용융탄산염형에 너무 집중해 정부의 지원이 늦어진 점도 지금 발목을 잡고 있다. 기관으로는 한국에너지기술연구원이 가장 오래됐고 한국세라믹연구원·포스텍·포항산업과학기술연구원이 활발하다.

▲ 포스코파워가 2009년 서울 노원구에 설치한 수소연료전지발전소. 이곳에 설치된 2.4MW 짜리 연료전지는 3천200세대의 전력과 1천세대의 난방에너지를 생산할 수 있는 규모다.

1세대 평판형은 한전이 한국과학기술연구원과 함께 2003~2010년 동안 1KW급 및 5KW급에 110억원을 지원받아 개발하였으나 상품화까지는 이르지 못했고 포항산업과학기술연구원이 포스코 자체 예산(1천200억원)으로 2008년부터 20-100KW급을 개발 중이다. 2세대인 원통형은 2009~2012년 삼성이 380억원의 예산을 지원받아 100KW급을 한국에너지기술연구원과 공동으로 개발 중이나 상품화 여부는 불확실하다. 3세대인 평관형은 대경광역권 선도산업에서 2009~2012년 동안 쌍용머티어리얼 컨소시움이 3KW급을, 한국광유 컨소시움이 1KW급을 개발 중이나 상품화에는 좀 더 시간이 걸릴 것으로 보인다. 차세대 고체산화물 연료전지는 개발 역사가 긴 선진국 중심으로 근래 5년간 상품화 속도가 급속도로 빨라져, 일본 4개사, 미국 2개사, 유럽 3개사, 호주 1개사가 1KW급의 상품화하여 실증 또는 판매 중이다. 미국의 Bloom energy 역시 20KW급의 상품화에 성공해 대규모로 실증 중이어서 개발 역사가 일천한 우리나라가 따라 잡기 위해 집중적인 투자 및 분발이 요구된다.

그러나 대한민국은 고체산화물 연료전지를 제외한 고분자전해질의 1KW급 가정용·자동차용의 자체 상품화 성공과 함께 포스코가 미국으로부터 수입한 대형 발전용 용융탄산염형이 상업화에 성공해 차세대 고체산화물을 제외하면 3개 이상 품목이 상업화에 성공한 세계 4개국(일본·미국·독일 포함)에 속한다. 현재 가정용 고분자형 연료전지는 서울 경기 지역의 GS 퓨엘셀·퓨엘셀파워·효성 등이 2006년부터 실증사업에 참여하며 판매하고 있고, 현대기아자동차는 현재 연료전지차의 국산화에 성공하고 세계에서 가장 의욕적으로 실증화 사업에 뛰어들어 유럽 및 미국에 실증 중이며 한국에서는 올해 100대의 연료전지차를 실증하며 포스코에너지는 1.2MW급 발전용의 자체 스텍을 조립하는 수준에 와 있고 100KW급 건물용도 세계 최초로 개발해 서울시에 2대를 실증 중이며 현재 국내외에서 활발하게 사업을 전개하고 있다.

◇향후 산업 전망

연료전지는 1천500~2천개가 되는 부품을 이용해 최종적으로 조립을 하는 조립품이다. 100KW급 이하의 작은 것은 보일러 또는 자동차 방식의 조립품이고 MW급의 발전용은 축소된 화학공장이라고도 할 수 있고 이의 상품화을 위해서는 부품의 제조 및 수입, 최종 조립, 설치 및 운전의 4박자가 맞아야 성공할 수 있다. 한국은 지금까지 화공플렌트·반도체·자동차·선박으로 이어지는 4대 산업 분야에서 부품 제조·조립·설치 및 운전 기술이 선진국보다 우수한 인력과 경험을 가진 나라여서 비슷한 산업인 연료전지 개발에 적격이라고 할 수 있다. 다만 자동차를 제외하면 대기업들이 당장 상품성이 없어서 향후를 위해서 다들 준비는 하고 있으나 적극적으로 참여하지 않아서 부품기업들이 육성되지 않는 것이 큰 문제다. 정부에서도 연료전지는 시장 잠재력은 크나 상품성이 당장은 태양광이나 풍력에 비해서 못하여 항상 푸대접을 받고 있다.

▲ 연료시스템 구성도

이러한 경향은 선진국도 예외는 아니다. 그러나 돌이켜 생각하면 이미 상품화된 태양광이나 풍력은 선진국을 따라 잡기가 여간 어렵지 않고 또한 한국은 국토가 좁아 개발된 신제품을 대규모로 실증화해 정책적으로 우수 기업을 육성 할 마땅한 장소도 없다. 연료전지는 포스코의 성공에서 보듯이 아직 외국 기업들도 재정적 기술적으로 취약하여 개발 및 설치에 기민성이 요구되는 한국이 산학연관이 잘 협력하고 집중하면 얼마든지 선진국을 따라 잡을 수 있는 여지가 있다. 다행히 올해부터 정부의 신재생에너지 분야 보조금 지원 정책이 과거의 생산된 전기를 국가가 정부 예산으로 값 비싸게 사주는 `발전차액제도 (FIT)`에서 올해부터 `공급의무화 제도 (RPS)`로 바뀌어 향후 국내 13개의 대형 발전사업자가 자체 예산으로 매년 신재생에너지 발전 공급량을 늘려가야만 하기 때문에 부지 마련 조건이 까다롭지 않는 연료전지가 태양광이나 풍력에 비해 상당히 유리하다. 이미 서울· 부산·대구 등 대도시들은 연료전지의 설치에 적극적으로 나서고 있다. 이를 계기로 연료전지를 중앙정부 차원에서 보다 장기적이고 집중적인 지원 프로그램 등을 마련해 지자체 별로 특화된 연구개발 및 기업 육성, 실증 인프라 구축, 외국기업 유치 등에 과감하게 투자를 유도하면 향후 10년 내 반도체·자동차·선박 다음으로 이어지는 제4의 국가 일류산업이 될 것이라 생각한다.