수소 기술개발 선도국 어디?…한국 순위는 [스투/리포트]

수소 경제는 미래산업이다. 장기 투자와 기술 개발이 요구되는 분야다. 녹색수소의 경우는 특히 그렇다. 현재 수소 기술 개발을 선도하는 나라는 어디일까? 또 한국의 순위는 몇 등일까?

이를 가늠할 수 있는 하나의 척도가 특허 출원 현황을 파악하는 것이다. 최근 국제에너지기구(IEA)와 유럽특허청(EPO)이 수소 특허 관련 보고서를 발표했다. 계경제포럼이 최근 홈페이지에 어떤 종류의 수소 개발이 가장 빠르게 진행되고 있는지, 세계 수소 핫스팟이 어디인지 등을 보여주는 글로벌 특허 출원 데이터를 공개했다.

국내에서는 포스코가 철강분야에서, 현대차와 HD현대는 각각 수소자동차와 해양분야에서 각각 수소개발에 열심이다.

유럽과 일본 '투톱'..한국은 미국 이어  4위권 

청정에너지 미래를 겨냥한 두 기관의 수소 특허 보고서에 따르면, 유럽과 일본이 특허 건수에서 선두권을 달리고 있다. 미국이 그 뒤를 바짝 쫓고 있다. EU는 2011~2020년 수소 기술에 대한 모든 국제특허군(IPF) 비중이 28%에 달했다. 일본은 24%, 미국은 20%를 각각 차지했다. 

그러나 미국은 지난 10년간 IPF 수치가 감소세다. 신규 특허 출원이 가장 활발한 나라는 중국(15.2% 성장)과 한국(12.2% 성장)이 차지했다.

우리나라는 IPF 특허에서 미국에 이어 4위를 기록했다. 점유율은 7%로 상대적으로 낮았다. 중국은 점유율 4%로 5위를 기록했다.  

독일 최대 철강회사 티센크루프, 특허출원 최다 기록

EU지역의 경우, 독일의 뮌헨과 루르 지역, 프랑스 파리 등 세 곳이 수소 산업의 특허 출원을 주도되고 있다. 루르 지역에서는 유럽 최대 철강회사인 티센크루프가 가장 많은 수의 수소관련 특허를 출원중이다. 티센크루프는 2024년 기존 용광로 탄소 배출량의 약 25%에 불과한 철강 제조법 ‘직접 환원 철 생산법’으로 철강을 생산하는 최초의 공장을 가동한다. 

수소 특허 출원은 2011~2020년에 가장 많았다. 주요 출원은 탄소 저배출 생산 방식으로의 전환이다. 

보고서는 "2020년에 수소 생산과 관련된 IPF의 거의 80%가 기후 문제에 의해 동기기 부여된 것이었다“라며 "수소 특허 증가는 주로 전기 분해 기술 혁신의 급속한 증가에 의해 주도되었다"고 설명했다. 

전기 분해는 물을 통해 전류를 흘려 물을 수소와 산소로 분리하는 과정이다. 무탄소 생산 공정이며 녹색 수소다. 기존의 많은 수소 생산 방법은 석탄 및 가스와 같은 화석연료를 사용하여 메탄의 탄소 원자에서 수소를 분리하는 방식이었다. 이는 회색 수소다. 이 과정에서 탄소를 포집하면 청색 수소가 된다. 향후 10년 동안 전해조 시장 규모는 65배 증가할 것으로 예상된다.

수소연료전지분야는 한국과 일본 자동차 회사가 주도권 차지

자동차 역시 수소 관련 특허 출원이 가장 활발한 산업이다. 주요 분야는 수소연료전지를 만드는 것이다. 이 분야는 일본과 한국의 자동차 회사들이 주도권을 쥐고 있다. 전해조 기술과 시너지 효과를 얻고 있다. 

드론과 무인 항공기에 동력을 공급하는 수소에 대한 탐구도 증가했다. 이 영역은 2011~2020년 항공 연료전지와 관련된 특허 출원의 3분의 2를 차지했다. 

특허 데이터에 따르면 수소연료전지는 수소 내연기관에 대한 개발 옵션으로 선호된다. 영국 스타트업 제로애비아는 최근 수소연료전지로 구동되는 항공기의 시험 비행을 완료했다. 회사는 이 기술이 몇 년 안에 상업적 용도로 사용될 수 있다고 말했다. 

그러나 장거리 비행에는 더 많은 전력을 제공하는 수소 터빈이 필요하다. 수소 터빈은 세계 최초로 탄소 제로 상용 항공기를 출시하려는 에어버스가 앞서 있다. 에어버스는 수소 비행기를 2035년에 선보인다는 계획이다. 

일본은 철도, 한국은 해운에서 수소 기술개발 주력

철도와 해운에서의 수소연료전지 사용에 대한 특허는 많지 않지만, 보고서는 일본은 철도에서, 한국은 해운 분야에서 수소 기술개발 중심지로 부상하고 있다고 밝혔다.

동일본철도는 수소 동력 열차를 시험하고 있으며 2030년까지 상업 운행을 목표로 하고 있다. 한국은 오는 2025년 말 수소연료전지를 사용한 선박 운항을 목표한다. 

수소저장 관련 특허는 같은 기간 동안 매년 평균 13%씩 출원이 증가했다. 수소를 액체로 만들어 저장하는 기술도 개발되고 있지만, 이는 가스를 섭씨 영하 250도 이하로 냉각시켜야하기 때문에 기술적으로 복잡하다. EU는 발표된 IPF의 절반이 액체 수소 저장에, 38%가 수소를 가스로 저장하는 것과 관련이 있을 정도로 수소 저장 분야에서 선두를 달리고 있다.

포스코그룹 'Global Top Tier Hydrogen Provider’ 비전

포스코그룹은 지난 2020년말 미래 청정에너지 수소사업을 개척하고, 탈탄소시대를 선도하겠다는 의미를 담은 '수소경제를 견인하는 그린수소 선도기업'이라는 수소사업 비전을 발표했다. 글로벌 수소 공급망 구축과 핵심 기술 개발 투자를 통해 2030년까지 50만 톤, 2050년까지 700만 톤 생산체제를 구축하여 ‘Global Top Tier Hydrogen Provider’로 도약한다는 목표를 발표했다.