대중화 관건은 ‘싸고 질좋은 연료전지’

김종원(54·사진) 사업단장

김종원 고효율수소에너지기술개발사업단장 인터뷰

이르면 2020년, 늦어도 2050년엔 ‘석유 시대’가 종말을 고할 것으로 전문가들은 전망하고 있다. 수요는 늘어나는데, 공급은 줄어들기 때문이다. 또 지구 온난화 문제로 인류는 석유 사용을 최대한 억제해야 한다. 2003년 부시 미국 대통령은 ‘수소 이니셔티브’를 선언하면서 21세기는 ‘수소 시대’가 될 것이라 공언했다. 일본, 독일, 스위스, 아이슬란드 등 선진국들은 서둘러 ‘수소 경제 시스템’을 구축하고 있다. 우리나라도 안전하고 효율적이며 재순환이 가능한 수소 에너지 사회를 만들기 위해 2003년 고효율수소에너지제조·저장·이용기술개발사업단을 출범시켰다. 지난 9일 김종원(54·사진) 사업단장과 그간의 성과 등에 대해 전자우편으로 인터뷰했다.

그간의 성과와 남은 과제는?

“수소 에너지 연구는 크게 제조·저장·이용 기술 개발로 나눌 수 있다. 사업단은 최근 국내에서 처음으로 천연가스를 이용한 수소충전소를 구축해 운영하고 있다. 수소충전소는 단순히 수소를 저장하는 곳이 아니다. 수소를 직접 제조하고 저장하며 이용할 수 있는 시스템을 의미한다. 향후 ‘수소 시대’의 핵심 인프라라 할 수 있다. 또 사업단은 수소저장 신소재 개발과 시스템 적용에 역량을 집중해, 권위 있는 학술지에 다수의 논문을 게재하고 지적재산권을 확보해뒀다. 사업이 종료되는 2013년까지 미흡한 분야의 원천기술을 확보하고, 일부 기술은 실용화를 실증해 수소 에너지 분야 산업경쟁력을 높이려 한다.”

‘수소 에너지 대중화’에 대한 전망은?

“산업용 수소는 이미 시장이 형성돼 있다. 연료전지 등 일부 수소 기술은 사람들이 생각하는 것보다 빠르게 상용화에 근접하고 있다. 신뢰성·편의성 등이 입증돼 소량이나마 수소 자동차의 생산과 보급이 이루어지는 시기는 대략 2015년 전후가 될 것이다. 수소 에너지 대중화의 관건은 수소를 어떻게 값싸고 안전하게 공급할 건가다. 기술 개발이 쉽진 않지만 기적을 요구하진 않는다.”

현재 ‘수소 에너지 대중화’를 위해 할 일은?

“수소 에너지 이용의 핵심 분야는 연료전지다. 연료전지 가격이 지금의 10분의 1로 낮아지고, 성능도 획기적으로 개선될 필요가 있다. 그러나 기술적 장벽들은 충분히 넘어설 수 있다. 장기적 안목에서 지속적 투자가 있으면 가능하다. 결국 ‘수소 에너지 대중화’의 시기가 언제 올 것인가는 정부의 의지에 달렸다.”

조동영 기자

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자세히 알기

● 광촉매 물분해 기술은 언제부터?

1972년 일본 도쿄대 혼다와 후지시마 교수는 광촉매를 이용한 물분해 기술을 처음으로 개발했다. 그들은 비커에 물을 가득 채우고 (-)극엔 백금을, (+)극엔 이산화티타늄(TiO₂)을 장착한 다음 수은 램프로 자외선을 비춰 물을 분해했다. 그간 꿈으로만 여겨졌던 ‘물과 햇빛과 광촉매’를 이용한 수소 에너지 개발을 처음으로 성공한 것이다. 이 기술은 ‘시험관 안의 광합성’이라 불리기도 한다. 녹색식물의 광합성 과정에서 생체촉매인 효소가 물을 분해해 수소를 생산하기 때문이다. 녹색식물은 이 수소를 에너지 전달체로 사용한다. 혼다와 후지시마 교수의 성과는 당시 영국의 과학저널 <네이처>에 게재돼 널리 주목을 받았다.

● 좋은 광촉매의 조건은?

광촉매는 빛을 흡수해 강력한 산화환원력을 가진 전자(electron, e-)와 정공(electron hole, h+)을 만들어내는 반도체 물질이다. 전자(e-)는 물(H₂O)을 환원시켜 수소(H₂)를 만들며, 정공(h+)은 물을 산화시켜 산소를 만든다. 결국 광촉매는 빛을 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 반응을 촉진한다. 좋은 광촉매는 무엇보다 빛을 많이 흡수할 수 있어야 한다. 또 빛을 흡수해 생성된 전자와 정공이 서로 재결합하지 않고 산화환원반응을 원활히 진행할 수 있는 구조를 갖고 있어야 한다. 마지막으로 좋은 광촉매는 물속에서 안정해야 한다. 현재 산화텅스텐(WO₃)과 산화철(Fe₂O₃) 등 산화물반도체가 좋은 광촉매로 각광받고 있다.