“신재생에너지를 수소로 저장한다”
- 물 전기분해를 이용한 녹색수소 생산기술 특허출원 31% 증가 -

□ 물을 전기분해하여 수소를 만드는 수전해 수소생산 기술이 탄소중립 달성과 수소경제 진입이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 기술로 주목받고 있다.

ㅇ 정부는 온실가스 감축을 위해 2030년까지 신재생에너지 발전 비중을 30% 이상으로 확대할 계획*인데, 태양광이나 풍력과 같은 신재생에너지는 이산화탄소를 배출하지 않고 전기를 만들기 때문이다.

  * ‘21.10.18. 정부공동 보도자료, “2050 탄소중립, 미래 생존을 위한 마지막 기회” 

□ 그러나, 신재생에너지는 바람, 햇빛 등 자연 현상으로부터 얻어지므로 날씨에 따른 변동성이 커서, 전력망의 수요를 초과하여 생산된 잉여 전기를 저장할 필요가 있다.

ㅇ 이를 위해 잉여 전기로 물을 분해하여 수소를 생산ㆍ저장하는 기술이, 탄소중립 달성과 수소경제사회 진입을 이어주는 가교 기술로 주목받고 있다.

# 중부발전은 제주상명풍력단지의 수전해 시설에서 ‘20년 12월~’21년 4월간 국내 최초로 하루 35kg*의 수소를 생산하였고, 제주행원풍력단지에서 ‘23년 4월까지 하루 300kg의 생산 능력을 실증할 계획이다. (중부발전 보도자료 종합)
 * 1kg의 수소는 현대자동차의 수소차 넥쏘가 90~100km 주행할 수 있는 양임

□ 수전해 기술에 대한 특허출원도 활발하여, 특허청(청장 김용래)에 따르면, 수전해 기술에 대한 IP5* 특허출원이 최근 5년간(’15년~’19년) 1,469건으로, 그 이전 5년(’10년~’14년, 1,123건)에 비해 약 31% 증가한 것으로 조사되었다(붙임 1).

  * 한국, 미국, 일본, 중국, EU의 선진 5개 특허청을 의미

ㅇ 국적**별로 살펴보면, 일본이 1,974건(44.3%)으로 가장 많고, 한국은 549건(12.3%)으로 네 번째였으며, 특히 중국(617건, 13.8%)은 2014년부터 출원량이 급증하여 한국을 앞질렀다(붙임 2).

 ** IP5 특허출원에 대해 출원인의 국적을 의미   

□ 국내 대표 출원 업체는 한국에너지기술연구원, 삼성 등이 있으나, IP5 다출원인 목록을 살펴보면, 상위 10위내에 삼성, 한국에너지기술연구원의 2개 출원인만 포함되어, 국내 기업의 해외 지재권 확보 노력은 부족한 편으로(붙임 3), 

ㅇ 국내 기업의 수전해 장치 해외 수출 시, 해외특허 확보 노력과 함께 글로벌 기업과 라이센스, 기술개발 협력 등 준비가 필요한 것으로 보인다.

□ 수전해 기술은 양극과 음극을 통해 전기에너지를 가함으로써 물(H2O)을 수소(H2)와 산소(O2)로 분해하는 방법으로, 두 전극 사이를 채우는 전해질의 종류에 따라 알칼라인, 고분자전해질, 고체산화물 기술의 3가지로 구분된다(붙임 4). 

ㅇ IP5 특허출원 중 알칼라인 수전해 기술 출원이 2,443건(54.8%)으로 가장 점유율이 높은데(붙임 5), 이는 알칼라인 수전해 기술이 가장 먼저 개발되어 기술이 성숙되어 있고, 장치 가격이 저렴하고 분해 용량이 커 상용화에 유리하기 때문으로 보이고,

ㅇ 고분자전해질 수전해 기술은 전류 밀도가 크고 전력 변동성에 강한 장점이 있어, 고가의 전극을 사용하고 내구성이 약한 단점에도 불구하고 알칼라인 수전해 기술과 함께 병행 발전할 것으로 기대된다.

□ IP5 한국 출원 549건 중 고분자전해질 기술 출원의 비율이 42.4%(233건)로, 미국(40.7%), 일본(39.2%), EU(30.0%), 중국(28.8%)에 비해 가장 높았는데,

ㅇ 고분자전해질 기술분야에서 한국 국적 출원인을 살펴보면, 한국에너지기술연구원과 같은 수전해 전문 출원인뿐만 아니라, 삼성, SK 이노베이션과 같은 전지 관련 기업이 포함되어 있는 점이 주목된다(붙임 7).

ㅇ 우리나라는 2차전지에서 세계 수준의 경쟁력*을 보유하고 있는데, 전지와 수전해 장치의 기본 구조가 유사하기 때문에, 전지 관련 기업의 기초기술이 고분자전해질 수전해 기술 개발에도 활용되고 있는 것으로 보인다.

  * ‘20년 세계 2차전지 시장 점유율 한국 1위(44.1%), 산업부 보도자료, ’21.07.08.

□ 특허청 재료금속심사팀 최정식 심사관은 “수전해 기술은 탄소중립을 달성하는 것을 넘어서, 재생에너지를 효율적으로 수소경제와 연결하는 기술이라는 점에서 매우 중요하다”면서, “재생에너지 발전의 변동성을 보완할 수 있는 수전해 기술의 연구개발과 함께, 이를 보호할 수 있는 지식재산권의 확보도 중요하다”고 강조하였다.