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상용화보다 협력 네트워크가 우선 세계 연료전지 관련기업들의 기술개발과 특허 출원이 활발히 이루어지고 있다.WTI(미국 서부텍사스 중질유) 국제가격이 배럴당 70달러에 육박하는 고유가가 나타나면서 제3차 석유파동 가능성이 대두되고 있고, 선진국과 선진기업들은 화석연료를 대체할 수소에너지와 연료전지 상용화를 서두르고 있다. 그러나 연료전지 시장의 성장 잠재력이 높게 평가되고 있음에도 불구하고 DMFC(Direct Methanol Fuel Cells)는 이미 상용화되고 있는 LIP(Lithium Ion Battery)와 LIPB(Lithium Ion Polymer Battery) 대체수요가 예상보다 크지 않고 대량생산과 코스트 가격절감도 한계에 봉착해 상업화가 어려운 실정이다. 특히, 국내에서는 에너지, 전자, 화학 등 다양한 분야의 관련기업들이 연료전지 개발에 참여하고 있으나 일본과 유럽, 미국 등 선진국에 비해 기술수준이 30%에 불과하고, 생산기업과 수요기업의 수직연계 네트워크 부재로 협력을 통한 경쟁이 시급한 것으로 지적되고 있다. 국내기업의 연료전지 관련특허 출원 증가추세 연료전지(Fuel Cell)는 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전형 전지로 건전지나 축전지 등 일반 화학전지와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있고, 열손실이 적어 내연기관보다 효율이 2배가량 높은 것으로 알려졌다. 또 석유, 메탄올, 천연가스, 바이오매스 등에서 추출하거나 광촉매와 태양에너지에 의한 물 분해에 의해 생산되는 수소를 연료로 이용할 수 있어 환경오염 및 자원고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다. 연료전지는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자형(고분자전해질형/직접메탄올형), 인산형(PAFC), 용융탄산염형(MCFC), 고체산화물형(SOFC), 알칼리형(AFC) 연료전지로 분류된다. 고분자형 연료전지의 전해질은 액체가 아닌 고체 형태의 고분자막(Membrane)으로 인산형 연료전지에 비해 저온에서 동작되고, 출력밀도가 커 소형화가 가능해 최근 노트북 PC, 휴대전화 등 이동용 전원에 대한 수요가 높아지면서 각광받고 있다. 특허청에 따르면, 연료전지에 대한 특허 출원은 1999년 23건, 2000년 58건, 2001년 42건, 2002년 90건, 2003년 93건으로 연평균 증가율이 91%로 급격한 증가세를 보이고 있다. 최근 환경과 대체에너지 자원에 대한 인식제고 및 휴대기기에 대한 수요증가 및 기술 발전으로 연료전지에 대한 출원이 급격히 증가하고 있기 때문이다. 특허청 관계자는 “연료전지의 내외국인 출원비율은 내국인이 85%를 차지하고 있어 국내기업들이 연료전지 기술개발에 적극 참여하고 있다”고 밝혔다. 특히, 고분자형 연료전지가 전체 연료전지 출원 중 약 70%를 점유하고 있으며 내국인의 출원이 외국인 출원보다 높아 약 80%를 차지하고 있어 고분자형 연료전지가 국내 휴대기기 수요증가와 함께 소형화·경량화 트렌드에 걸맞는 대체전원으로서 집중적으로 개발이 이루어지고 있다. 2004년 기술분야별 출원은 소형연료전지 시스템 92건(28.8%)을 비롯해 막전극 접합체(MEA) 63건(19.7%), 고분자 전해질막 48건(15%), 분리판 22건(6.9%), 스택 20건(6.2%), 연료개질장치(Fuel Processor) 20건(6.2%), 촉매 17건(5.3%), 주변장치(Balance of Plant) 9건(2.8%), 연료공급장치 5건(1.6%), 기타 24건(7.5%)으로 나타났다. 세계적 관심이 되고 있는 환경 및 에너지 분야의 대안으로 제시되고 있는 수소에너지 및 연료전지 개발에 대해 미국과 일본 등 선진국들이 강력한 개발의지를 보이고 있으며 현대자동차와 삼성전자 등 국내기업들도 정부의 지원에 힘입어 연료전지 관련기술을 속속 개발하고 있다. 특히, 고분자 연료전지에 관한 기술개발과 더불어 특허출원도 더욱 증가할 것으로 전망되며 관련산업의 기술적 파급효과도 클 것으로 기대되고 있다. 미국, 수소기술 2020년 상용화 목표 미국은 연료전지가 에너지 소비증가에 대응할 수 있고 동시에 해외 에너지 의존도를 줄이며 온실가스 배출을 줄일 수 있는 효과적인 수단으로 확신하고 총 12억달러를 투자하기로 했다. 2005년 예산안에 연료전지 연구개발비용으로 2억2700만달러를 반영하고 2020년까지 수소연료 자동차를 상용화할 계획이다. 그러나 전문가들은 수소는 물에서 생성될 수 있지만 막대한 양의 에너지를 필요로 하고, 생산과 저장, 운반 등 여러 문제점을 안고 있기 때문에 수소연료 자동차를 상용화한다는 것 자체가 비현실적이라고 꼬집고 있다. 국내의 한 연구원은 “미국이 차세대 수소기술이 매우 현실적인 것처럼 포장해 화석연료 공급을 늘리려는 것이 아닌지 의심스럽다”고 의혹을 제기했다. 미국의 한 연구원도 “수소 에너지를 상용화하려면 연구개발비용을 예산보다 6-7배 더 많이 쏟아 부어야 한다”며 “수소연료 자동차보다 차라리 하이브리드 전기자동차 개발에 주력해야 한다”고 주장했다. 일본, 원활한 네트워크 체제 … 소형 연료전지 세계 선두 일본은 정부와 Mitsubishi, Sanyo, Toshiba 등 대기업들이 지속적으로 연료전지 실용화를 위해 미국이나 유럽보다 긴밀하게 공조하고 있다. 특히, 연료전지 분야에서 가장 눈에 띄는 분야는 시범사업인데 도쿄와 요코하마에 10곳의 수소 충전소를 세웠으며 Toyota와 Honda 등 주요 자동차 생산기업들이 연료전지 시제품 차량을 매년 선보이고 있다. Honda는 2004년 훗카이도의 영하 11도 환경에서 연료전지 차량의 성능을 공개하고, 하이브리드 자동차보다 2배이상 효율성을 갖는다고 주장했다. Toyota와 Nissan도 역시 괄목할만한 성과를 거두고 있다. 일본은 연료전지 자동차 대량생산과 상용화를 2010년까지 목표로 하고 있으나 전문가들은 미국과 마찬가지로 비현실적인 계획이라고 지적하고 있다. 파이프라인과 충전소 등 대규모 인프라를 구축하는 데 오랜 시간이 걸리기 때문이다. 그러나 일본은 소형 발전기에서 연료전지로 순조롭게 대체해나가고 있으며, 특히 휴대용 전자기기에 사용될 1kW 미만의 소형 연료전지 개발은 선두를 달리고 있다. 2005년 하반기에 Fujitsu, NEC 등이 연료전지를 장착한 노트북을 출시할 예정인데 기존 노트북보다 수명이 훨씬 길기 때문에 소비자들의 수요가 늘어 상업화를 앞당길 수 있을 것으로 기대되고 있다. 표, 그래프 | 연료전지와 배터리의 에너지밀도 비교 | 일본의 연료전지 보급계획 | DMFC 제조원가 비중 | 세계 연료전지 시장추이 | 연료전지 자동차 특허 출원건수 | 연료전지 부품 시장규모 | <화학저널 2006/1/2> |
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