유럽특허청(EPO)과 국제에너지기구(IEA)가 전 세계 수소 특허를 공동 분석한 결과, 수소 기술 개발이 종래의 회색이나 청색 수소에서 전기분해 등 탄소 저배출 솔루션에 의한 녹색 수소로 전환하고 있는 것으로 나타났다. 회색 수소는 화석연료로 생산한 수소를 말하고, 청색 수소는 회색 수소 제조 과정에서 탄소를 포집하는 프로세스를 추가해 만들어 낸 수소다. 녹색 수소는 재생에너지로 생산한 탄소 제로 수소를 말한다.
최근 IEA 발표에 따르면 두 기관이 작성한 이번 보고서는 최초로 전 세계 수소 관련 특허 데이터를 수집해 분석했으며, 현재까지의 수소 기술 혁신에 대한 포괄적인 현황을 제공한다. IEA는 배포된 자료와 홈페이지에 올린 게시글에서 보고서가 수소 공급에서 저장, 유통 및 변형, 최종 사용 애플리케이션에 이르기까지 모든 기술과 최종 용도를 다루고 있다고 밝혔다.
이 연구는 2011~2020년까지 수소 기술의 주요 동향을 국제특허군(IPF) 측면에서 측정한 것으로, 각각의 특허는 전 세계 2개국 이상의 특허청에 출원된 고부가가치 발명을 나타낸다. 보고서에 따르면 수소에 대한 글로벌 특허는 유럽연합(EU)과 일본이 주도하고 있다. 이 기간 전체 IPF의 28%와 24%를 차지했으며, 지난 10년간 지속적인 증가세를 나타냈다. 유럽연합에서의 주요 개발 국가는 독일(세계 전체의 11%), 프랑스(6%), 네덜란드(3%) 등으로 나타났다.
미국은 전 세계 수소 관련 특허의 20%를 점유했다. 미국은 그러나 지난 10년간 국제 수소 특허 출원이 감소한 유일한 나라다. 아마도 친환경 기술을 등한시하고 화석연료 산업을 적극 지원한 트럼프 전 대통령의 4년 통치 영향이 컸던 것으로 보인다.
한국과 중국의 경우 수소기술 분야의 국제 특허 수는 유럽이나 일본, 미국에 비해서는 적었지만 급속한 상승세를 타고 있다는 점에서 주목되는 국가다. 이들 5개 국가가 전 세계 수소 관련 기술의 주요 혁신 센터로 분석됐다. 5개국 외에, 상당한 양의 수소 특허를 창출하며 뒤를 쫒는 국가는 영국, 스위스, 캐나다 등이었다.
수소 생산 기술은 2011~2020년 기간 동안 가장 많은 수의 수소 특허를 차지했다. 현재 전 세계 수소 생산은 거의 대부분 화석연료에 기반하지만, 이번 특허 데이터 분석 결과에 따르면 탄소 저배출 혁신이 수소 가치사슬의 전 부문에서 기존 기술보다 두 배 이상 많은 국제 특허를 창출했다.
기후 대응 수소 기술이 2020년 수소 생산 관련 특허의 거의 80%를 차지했으며, 전기 분해 분야 기술 개발의 증가가 이를 주도했다. 가장 혁신적인 국가들은 현재 수소 산업 출시를 준비하고 있다. 보고서는 특히 유럽이 새로운 전해조 제조에 대한 투자 장소로서 우위를 점하고 있다고 지적하고 있다.
수소 자동차 분야는 오랫동안 혁신의 초점이 되어 왔다. 이 분야의 특허는 일본이 주도하고 있다. 장거리 운송, 항공, 발전 및 난방 분야에서의 수소 활용은 탈 탄소화의 기대와 관심에도 불구하고 자동차만큼의 모멘텀은 보이지 않는다. 이러한 부문에서의 화석연료 사용을 해결하지 않고는 국가 순배출 제로 약속은 달성할 수 없다.
한 가지 긍정적인 점은 철강 생산 과정을 탈탄소화하기 위해 수소를 활용하는 특허 등록이 최근 큰 폭 상승했다는 사실이다. 이는 철강 부문의 탄소 배출을 줄이기 위해 급진적인 해결책이 필요하다는 파리협정 이후의 합의에 대한 대응이다.
기존 수소 기술의 혁신은 유럽 화학 산업에 의해 주도되는 모양새였다. 이 분야의 전문성은 또한 전기 분해 및 연료 전지 등에서도 유리한 출발을 제공했다. 자동차 회사들도 적극적이다. 그 뒤를 이어 전체 수소 관련 국제특허의 13.5%를 대학과 공공연구소가 창출했으며, 전기분해 등 탄소 저배출 수소 생산방식을 중심으로 프랑스와 한국 기관이 주도한 것으로 나타났다.
연구에 따르면 2011~2020년 수소 기업에 대한 100억 달러의 벤처캐피털 투자 중 절반 이상이 스타트업에 집중된 것으로 나타났다. 특허 보유는 스타트업이 지속적으로 자금을 유치할 수 있을 것인지를 보여주는 좋은 지표였다. 2011~2020년 수소 스타트업에 대한 후기(2차) 투자의 80% 이상이 전기분해, 연료전지 또는 가스에서 수소를 생산하는 탄소 저배출 기술 특허를 가진 기업에 돌아갔다.
패티 비롤(Fatih Birol) IEA 사무국장은 "탄소 저배출원, 즉 재생에너지로 생산되는 수소는 장거리 운송이나 비료 생산 등 ‘청정’ 대안이 거의 존재하지 않는 산업에서도 화석연료를 대체할 가능성을 열어 준다. 진정한 청정에너지 전환으로 가는 최적의 솔루션이 될 수 있다“고 강조했다. 그는 또 "이번 분석은 혁신가들이 경쟁력 있는 수소 공급망의 필요성에 대응하고 있음을 보여주고 있으며, 특히 최종 사용자인 산업 부문에서 수소 적용이 필요한 분야도 제시하고 있다. IEA는 안전하고 탄력적이며 지속 가능한 청정에너지 기술 혁신을 계속 지원할 것”이라고 설명했다.
안토니오 캄피노스(António Campinos) EPO 청장은 "수소를 활용하는 것은 2050년까지 기후 중립을 달성하기 위한 유럽 전략의 핵심 부분"이라면서 "그러나 수소가 탄소 배출을 획기적으로 줄이려면 다양한 기술 혁신이 시급하다. 이번 공동 보고서는 새로운 수소 기술 개발에 대한 유럽의 역할을 포함해 많은 국가와 산업에 고무적인 전환 패턴을 보여준다. 또한 수소 기술 혁신에 대한 스타트업의 기여가 점점 커지고 있으며, 그들이 개발한 기술 특허가 산업에 큰 변화를 초래하고 있음을 드러낸다“고 설명했다.
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