한국생산기술연구원(KITECH) 본원은 천안에 있다. 산업계의 기술 고도화 지원을 위해 1989년 10월에 설립된 종합연구기관으로, 과학기술정보통신부 산하 국가과학기술연구회 소속이다.
‘생산기술’이라는 말에 연구원의 정체성이 오롯이 담겨 있다. 산업계의 제조혁신을 위한 산업 원천기술을 연구하고 기업이 활용할 수 있는 양산기술로 발전시킨다. 더불어 연구개발(R&D)을 위한 기술지원, 연구장비 활용 지원, 시제품 제작, 연구원 파견 등 다양한 업무를 지원하며, 국내 기업들과 탄탄한 파트너십을 유지하고 있다.
한국생산기술연구원(이하 생기원)의 주요 연구 분야는 지능화뿌리기술 분야, 인간중심생산기술 분야, 지속가능기술 분야로 각각 인천, 안산, 천안에 전문 연구소를 두고 있다. 이들 연구소 외에도 부산, 대구, 광주, 강릉, 전주, 울산, 제주에 7개 기술실용화본부를 운영 중이다.
이번에 만난 김종민 수소·저탄소연구센터장은 지속가능기술연구소 소속이다.
“친환경, 탄소중립을 위한 산업원천기술의 실용화를 목표로 하는 연구소”로 “다배출 제조업에 요구되는 탄소 및 오염물질 배출 저감, 전력 또는 연료 사용 과정에서 에너지 효율 극대화, 자원의 회수와 고부가 재활용 등을 실험실 연구뿐만 아니라 산업현장에 적용 가능한 형태로 완성하는 일을 한다”는 것이 그의 설명이다.
‘수소·저탄소’ 기술은 기후위기 대응을 위한 ‘지속가능 기술’의 핵심에 든다. 천안에 있는 생기원 본원을 찾아 김종민 센터장과 이야기를 나눴다.
지난 3월에 수소·저탄소연구센터가 신설됐다. 그 배경이 궁금하다
수소는 국가전략 기술이자 탄소중립 기술로 큰 주목을 받아왔고, 그동안 수소의 생산, 저장·운송, 활용 등 수소생태계 전 부문에서 활발한 연구가 진행되고 있다. 생기원은 다양성이라는 장점이 있다. 이를 기반으로 곳곳에 분산되어 추진 중인 수소 및 탄소중립 관련 연구 역량을 결집하고, 융합을 통해 시너지를 극대화하기 위해 센터를 신설했다.
수소생산의 경우 활용을 염두에 두고 용도에 맞는 수소를 생산한다면 더 경제적인 방식으로 탄소를 적게 배출하면서 수소를 생산할 수 있다. 이는 수소 전주기를 고려한 기술개발이 매우 중요하다는 의미이기도 하다. 연료전지에 들어가는 수소, 철강산업에서 필요로 하는 수소, 화석연료를 대체하기 위한 연소용 수소 등 활용처에 따라 요구되는 수소의 품질이 각기 다르며, 이를 고려한 수소 생산·활용 기술을 적용할 때 저탄소수소를 더 합리적인 가격에 충분히 공급할 수 있을 것이다.
센터의 조직 구성이 궁금하다. 조직도를 보면 ‘수소·저탄소연구센터’와 별개로 ‘수소경제·탄소중립 기술연구회(혁신 주도)’, ‘지역산업혁신부문(배출 저감)’이 있다
세 곳 다 제가 겸직하고 있다. 수소와 저탄소 분야에서 생기원 전체를 아우르는 기획과 협력체계를 구축하는 중심 역할을 하는 곳이 수소·저탄소연구센터다. 생기원이 추진하는 ‘수소 로드맵’ 같은 큰 그림을 그리는 곳이다.
수소경제·탄소중립 기술연구회 활동은 올해 상반기에 종료됐다. 기술연구회는 특정 대형사업을 기획하고 국책사업을 제안하기 위해 모인 한정 조직이다. 과학기술정보통신부의 ‘글로벌 탑(TOP) 전략연구단’ 사업, 산업통상자원부의 ‘미활용 수소혼합가스 청정연소’ 사업이 여기에 든다.
지역산업혁신부문은 지자체와의 협력을 중심으로 한다. 생기원은 ‘KITECH 메가프로그램’이라고 해서 각 지역의 지자체, 대학, 연구소가 보유한 기술지원 인프라를 기업에 연결하는 산학연 네트워크를 구축하고, 생기원-지역의 대표기업-지자체가 협력해서 지역발전을 위한 연구개발 사업을 추진하고 있다. 현재 그린반도체공정 테스트베드, 지역 수소생산·공급 쪽으로 기획하고 제안해서 조만간 본격 가동될 예정이다.
대형사업의 예비타당성조사를 기획하고 제안하는 일도 맡고 있다. 이 부분은 어떻게 진행되나?
수소·저탄소연구센터가 생기기 전인 2023년부터 대국민 포럼, 전문가 세미나, 대형사업 정책 제안을 지속적으로 수행해왔다. 그 과정에서 일부 프로젝트가 스핀오프(spin-off) 되면서 수십, 수백억 원 규모의 중형 사업이 추진되고 있지만, 수소사업 전반을 다룬 대형 예타 사업에 대한 노력은 지금도 이어가고 있다.
기술에 대한 니즈(Needs)를 보면, 시장을 선도하고자 하는 대기업의 니즈와 공급망 안에서 요구되는 중소기업의 니즈가 엄연히 다르다. 이런 부분을 잘 살피면서 지역 특성에 맞는 사업을 발굴하고, 정부의 정책 추진 방향과 잘 엮어서 제안을 가시화하게 된다. 이를 정부 정책에 수용되도록 하는 노력이 필요하다.
지역에서 추진 중인 수소특화단지 사업에도 관심이 큰 걸로 안다. 지역별로 어떤 차이가 있나?
지역마다 특화기술이 다르다. 충남은 LNG 인수기지, 폐지 화력발전소와 연계한 저탄소 청록수소 생산 및 혼소 발전 쪽에 관심이 있다. 내륙에 해당하는 충북은 CO₂(이산화탄소) 포집이나 활용, 이퓨얼 생산에 관심이 있다.
제주도의 경우에는 유기성 폐기물을 활용한 바이오수소 생산에 관심이 크고, 부산은 그린암모니아 허브항 구축이나 선박 엔진용 암모니아 연료 사용 쪽에 관심이 있다. 서남해와 전북 지역은 ESS(에너지저장장치)로서 수소의 역할에 주목하고 있고, 울산은 석유화학 산단에서 나오는 부생수소나 자동차 부품 제조기업의 수소 활용에 관심이 있다. 이처럼 지역 특성에 맞는 사업 아이템을 발굴해서 정부 정책과 잘 매칭해야 좋은 기획이 나온다.
올해부터 센터 연구진들이 가스안전공사와 예비수소전문기업을 대상으로 강의를 나가게 된 점도 언급하고 싶다. 수소산업의 전문인력을 구하기 어렵다는 현장의 요청을 거부하기가 어려웠다.
생기원이 관여하고 있는 대표적인 수소 R&D가 있다면 소개해달라
수전해 소부장 관련 국산화 기술, 전국에 산재된 바이오매스·폐기물을 활용한 수소생산 기술, 안전하고 효율적인 액체수소·고체수소 저장기술 개발, 수소 활용성을 극대화하기 위한 연료전지와 범용 산업용 보일러 기술, 수소 전소·혼소 기술, 이퓨얼 생산 기술, 수소 전주기 탄소 배출 평가와 시장 마케팅 지원을 위한 플랫폼 등 여러 가지 연구개발 사업을 진행하고 있다.
일례로 보야스에너지, BNF테크놀로지 같은 기업과 MEA(막전극접합체), 촉매 등 핵심 수전해 소재, 부품 국산화 기술개발을 수행하고 있다. 또 보일러 회사인 부스타, 에너지 솔루션 업체인 아이티공간 등과 함께 미활용 부생수소로 천연가스 연료를 대체하는 청정연소 기술개발을 진행하고 있다.
포스코만 해도 HyREX(수소환원제철) 공정에 연간 300만 톤이 넘는 수소가 필요한 것으로 안다. 이렇게 많은 양의 청정수소를 수입만으로 충당하기엔 한계가 있고, 에너지 안보에도 도움이 되지 않는다.
현실적인 브릿지 기술로 청록수소를 거론하는 이유가 여기 있다. 청록수소 기술을 활용하면, 천연가스 원료를 열분해해서 수소와 고체탄소를 동시에 얻을 수 있다. 물론 이 과정에서 CO₂는 배출되지 않는다. 특히 고열의 제철공정 환경에서 에너지를 상호 교환하면 열분해에 투입되는 에너지를 획기적으로 줄일 수 있다. 또 이렇게 얻은 고열의 수소를 석탄 환원제로 바로 활용하고, 부산물인 고체탄소도 공정에 원료로 투입할 수 있다.
이 외에도 수소 전주기 기술에 대한 다양한 연구를 추진하고 있다. 기존 탄소포집 방식을 대체하는 혁신 기술을 적용한 용융금속 탄소포집-이용 통합기술이 여기에 든다. 또 환경 전문 컨설팅 기업인 트레스웍스 등과 LCA(Life Cycle Assessment, 환경전과정평가), AI에 기반한 ‘수소 DPP(Digital Product Passport, 디지털제품여권)’ 기술개발을 추진하고 있다.
국내에 대형사업이 부재하고, 유사 연구의 중복, 한 분야에 치우친 실증사업이 많다는 지적이 있다
수소경제 활성화를 위한 대형사업이 부재한 건 맞다. 수소생산의 경우 수전해에 치중되어 있고, 수소활용의 경우 연료전지에 치중된 면이 있다. 이마저도 신재생에너지를 위한 사업 안에 일부로 잡혀 있다. 내몽골을 중심으로 수백 메가와트 단위의 수전해 사업을 활발하게 벌이고 있는 중국과 비교가 되는 부분이다.
나머지 사업들은 파편화되어 추진 중이다. 부처별로도 원천기술, 실용화 기술의 관점에서 원천-상용화 연계성이 떨어지는 건 아닌지 살펴볼 때다. 태양광, 풍력 등 신재생에너지 시장의 사례에서 보듯 양적, 물적으로 우리는 중국에 비해 부족한 점이 많다. 그렇기 때문에 수소 전주기 기술을 담아내는 대형사업이 더욱 절실하다.
새 정부에서 재생에너지 공급을 위한 에너지고속도로 정책을 추진하고 있다. 미국과의 관세 협상, 에너지 안보 등 대외 요인을 고려해야 하겠지만, 에너지고속도로와 관련해서는 단주기는 배터리로 대응하고, 장주기 저장은 수소가 대안이 될 수 있다. 또 산단의 기업체와 연계해서 열과 수소를 활용하는 실증사업을 전개할 필요가 있다.
청정수소 생산을 위한 수전해 기술에 대해서도 한 말씀 부탁한다
물을 전기분해해서 생산한 수소를 ‘RE(Renewable) 수소’로 부를 만큼 신재생 전력과 밀접한 관련이 있다. 수전해 기술을 적용한 ‘RE 수소’는 일단 비싸다. 정부는 수소 1kg 생산 시 온실가스 배출량이 4kg 이하일 때 청정수소로 인정하고 있지만, 고순도·고비용 수소를 굳이 모든 활용처에 쓸 필요는 없다.
개인적으로는 기존의 청정수소 기준과는 다른 저탄소수소 기준을 새로 만들던지 유연화할 필요가 있다고 본다. 청정수소의 엄격한 잣대가 저탄소 후보 기술의 태동, 브릿지 기술의 확산을 막고 있다는 생각이 들 때가 많기 때문이다.
수소는 중국에서 청정에너지와 연계한 신산업일 뿐 아니라, 석유 중심으로 돌아가는 세계 에너지 패권에 휘둘리지 않겠다는 안보 관점에서도 매우 중요하다. 에너지는 자국의 산업과 밀접한 관련이 있다. 우리도 수소를 원자력처럼 에너지 안보 관점에서 긴 안목으로 바라볼 필요가 있다.
CCUS에 대한 생각도 궁금하다. 탄소 포집을 통한 저탄소수소 사업의 전망을 어떻게 보나?
기술을 예단하고 싶지는 않지만 쉽지 않을 것으로 본다. 하지만 이 또한 극복해야 할 기술로 본다. 탄소 포집의 경우 직접공기포집(Direct Air Capture, DAC)이나 직접해양탄소포집(Direct Ocean Capture, DOC)을 포함한 미래 기술로 봐야 하는데, 이는 수소 전주기 기술보다는 탄소중립 기술에 가깝다.
일례로 배출가스 전체에서 10%의 탄소를 포집하고, 이를 땅에 묻거나(CCS) 탄소를 원료로 하는 제품을 만드는 데 활용(CCU)하게 되는데, 이 과정은 각기 다른 프로세스를 거치게 되고, 경제성과 환경성에 대한 평가도 달라진다.
이를 하나로 통합하는 기술적인 대안이 없는 게 아니다. 용융금속을 통해 배출가스의 탄소를 포집하면서 동시에 나머지 대기오염물질을 포집하는 방안이 있다. 이어지는 단일 프로세스에서 고체탄소 또는 일산화탄소 형태의 소재를 얻는다면 기존 CCUS 방식보다 훨씬 경제적일 수 있다.
수소는 색깔이 없다. 그린, 블루, 핑크, 청록 등 생산방식에 따라 구분을 하고 있지만, 기술이 발전하면서 그 칸막이는 모호해질 수 있다. 수소생산 방식은 향후 더욱 고도화될 것이고, 경제성과 탄소 내재성은 개선될 것이 분명하다.
지금은 다양성에 기반해서 연구개발 가능성을 적극적으로 탐색할 때라고 본다. 자금 부족을 이유로 특정 기술이나 특정 주제의 기술개발과 실증에 치중하는 면이 있는데, 실제로 비용 측면에서 유리한지, 수소생태계의 경쟁력을 높이는 데 효과적인지 따져볼 필요가 있다.
수소 정책의 방향성에 대한 질문이다. 어떤 점이 개선되어야 한다고 보나?
수소경제의 빠른 정책 시도는 매우 좋았다. 그러나 현재 주춤한 것이 현실이다. 여러 이유가 있겠지만 기술개발에 한해서는 산업 여건에 따른 유연성이 필요하다. 청정수소 정책 방향은 옳지만 태동산업으로서 징검다리 기준의 다양성이 필요하다.
경제성을 갖춘 수소생산 방식이 당장의 청정수소 기준에 못 미치더라도 개발이 적용된다면, 적어도 수소 저장·운송, 활용 부문의 생태계 촉진을 가져올 것이다. 이는 다양한 수소의 생산방식을 자연스럽게 유도하고, 또 그에 맞는 용도와 비용에 따라 경쟁력 있는 기술과 기업이 생겨날 것이다.
AI 기술이 주목을 받으면서 디지털 플랫폼 기술에 대한 수요도 급증하고 있다. 이 부분에 대한 전략은 무엇인가?
생기원만 해도 MEEMS(Manufacturing Energy & Environment Management System, 제조 에너지·환경 관리시스템) 플랫폼, 청정수소 보급을 지원할 수 있는 H2MAP을 제시했고, 앞서 언급한 수소 DPP 기획을 추진하고 있다. 하지만 아직 실행에 나서지 못하고 있으며, 관련 예산을 얻기 위해 노력 중이다.
디지털 플랫폼에 최근 급성장하는 AI 기술을 응용하면 큰 효과를 볼 수 있다. ‘그린테크’라는 신산업 창출이 기대되며, 그 시발점으로 수소가 큰 역할을 하리라 본다.
수소의 생산, 저장·운송, 활용 등 전 부문에 새로운 데이터를 얻고 분석하는 일에 AX(AI Transformation. 인공지능전환)와 GX(Green Transformation, 녹색전환)는 필수라 할 수 있다. 시장에서 어떤 수소를 구매해서 유통하고 활용하는지에 대한 정보는 마케팅적으로 중요하다. 정부 또한 시장 경쟁력이 있는 수소기술과 적합한 구현 장소를 찾는 데 도움이 될 것이다. 이 모두가 새로운 비즈니스를 촉진할 것이다.
마지막으로 하고 싶은 말이 있다면?
우리가 개발해야 하는 기술이 있고, 우리가 할 수 있는 기술이 있다. 이 둘을 앞에 두고 오래 고민하게 된다. R&D 사업을 기획하는 입장에서 이 두 가지를 어떻게 섞어서 갈지가 가장 큰 고민이다.
수소는 기본적으로 민주적 에너지이며, 모든 나라가 내재화할 수 있는 에너지원이라고 생각한다. 원천기술에 활용기술이 더해지면 경제적, 환경적으로 큰 시너지 효과를 낼 수 있다. 생기원에서 수소·저탄소연구센터라는 별도 조직을 만들어서 대응하는 이유는 이 산업이 그만큼 중요하기 때문이다.
글로벌 기술의 경쟁력은 산업에서 나온다. 그래서 기업의 목소리에 더 귀를 기울여야 한다. 정책 변화에 맞춰 더 많은 기업의 니즈와 기술적 진보를 반영하는 노력이 필요하고, 이를 지속적으로 수소 로드맵에 담아내야 한다. 그래야 수소경제라는 말 앞에 ‘K’라는 수식어가 붙을 수 있다.