물을 전기분해해 수소를 만드는 수전해 수소 생산기술이 탄소중립 달성과 수소경제 진입이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 기술로 주목받고 있다. 물을 전기분해해 수소를 만드는 수전해 수소 생산기술이 탄소중립 달성과 수소경제 진입이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 기술로 주목받고 있다.
정부는 온실 가스 감축 때문에 2030년까지 신재생 에너지 발전 비중을 30%이상으로 늘릴 계획이지만, 태양광이나 풍력 같은 신재생 에너지는 이산화 탄소를 배출하지 않고 전기를 만드는 때문이다.그러나 신재생 에너지는 바람, 햇빛 등 자연 현상에서 얻을 수, 날씨에 따른 변동성이 큰 전력망의 수요를 초과하고 생산된 잉여 전기를 저장할 필요가 있다.이 때문에 잉여 전기로 물을 분해해서 수소를 생산·저장하는 기술이 탄소 중립 달성과 수소 경제 사회 진입을 잇는 가교 기술로서 주목된다.중부 발전은 제주 상명 풍력 단지의 물 전기 분해 시설에서 2020년 12월~2021년 4월 사이 국내에서 처음 하루 35kg(※1kg의 수소는 현대 자동차의 수소 자동차 네트워크 서장훈이 90~100km주행할 수 있는 분량)의 수소를 생산하는 제주 행원 풍력 단지에서 2023년 4월까지 하루 300kg의 생산 능력을 실증할 계획이다(중부 발전 보도 자료 종합).물 전기 분해 기술에 대한 특허 출원도 활발하고 특허청(청장 김· 연 레)에 따르면 물 전기 분해 기술에 대한 IP5(한국 미국 일본 중국 EU의 선진 5개 특허청)특허 출원이 최근 5년(2015년~2019년)1,469건으로 그 이전의 5년(2010년~2014년 1,123건)보다 약 31%증가한 것으로 조사됐다.
【수전해 기술 IP5 특허 출원 동향】 【수전해 기술 IP5 특허 출원 동향】
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국적별로 보면, 일본이 1,974건(44.3%)으로 가장 많고, 한국은 549건(12.3%)으로 4번째이며, 특히 중국(617건, 13.8%)은 2014년부터 특허 출원량이 급증해 한국을 앞질렀다. 국적별로 보면, 일본이 1,974건(44.3%)으로 가장 많고, 한국은 549건(12.3%)으로 4번째이며, 특히 중국(617건, 13.8%)은 2014년부터 특허 출원량이 급증해 한국을 앞질렀다.
[특허출원인 국적별 IP5 특허출원 현황] [특허출원인 국적별 IP5 특허출원 현황]
국내 대표 특허출원 업체는 한국에너지기술연구원, 삼성 등이 있지만 IP5 다출원인 명단을 살펴보면 상위 10위 안에 삼성, 한국에너지기술연구원 2개 출원인만 포함돼 국내 기업의 해외 지식재산권 확보 노력은 부족한 편으로 국내 기업의 수전해장치 해외 수출 시 해외 특허 확보 노력과 함께 글로벌 기업과 라이선스, 기술개발 협력 등 준비가 필요할 것으로 보인다. 수전해 기술은 양극과 음극을 통해 전기에너지를 더함으로써 물(H2O)을 수소(H2)와 산소(O2)로 분해하는 방법으로 두 전극 사이를 채우는 전해질의 종류에 따라 알칼리, 고분자 전해질, 고체산화물 기술 등 3가지로 구분된다. 국내 대표 특허출원 업체는 한국에너지기술연구원, 삼성 등이 있지만 IP5 다출원인 명단을 살펴보면 상위 10위 안에 삼성, 한국에너지기술연구원 2개 출원인만 포함돼 국내 기업의 해외 지식재산권 확보 노력은 부족한 편으로 국내 기업의 수전해장치 해외 수출 시 해외 특허 확보 노력과 함께 글로벌 기업과 라이선스, 기술개발 협력 등 준비가 필요할 것으로 보인다. 수전해 기술은 양극과 음극을 통해 전기에너지를 더함으로써 물(H2O)을 수소(H2)와 산소(O2)로 분해하는 방법으로 두 전극 사이를 채우는 전해질의 종류에 따라 알칼리, 고분자 전해질, 고체산화물 기술 등 3가지로 구분된다.
[수전해 장치의 종류(출처-에너지경제연구원 보고서(2018), 한국에너지기술연구원 자료)] [수전해 장치의 종류(출처-에너지경제연구원 보고서(2018), 한국에너지기술연구원 자료)]
IP5 특허출원 중 알카라인 수전해 기술 특허출원이 2,443건(54.8%)으로 가장 점유율이 높은데, 이는 알카라인 수전해 기술이 가장 먼저 개발돼 기술이 성숙하고 장치 가격이 저렴하며 분해용량이 커 상용화에 유리하기 때문으로 보이며, 고분자 전해질 수전해 기술은 전류밀도가 크고 전력 변동성에 강한 장점이 있으며, 고가의 전극을 사용해 내구성이 약한 단점에도 불구하고 알카라인 수전해 기술과 함께 병행 발전할 것으로 기대된다. IP5 특허출원 중 알카라인 수전해 기술 특허출원이 2,443건(54.8%)으로 가장 점유율이 높은데, 이는 알카라인 수전해 기술이 가장 먼저 개발돼 기술이 성숙하고 장치 가격이 저렴하며 분해용량이 커 상용화에 유리하기 때문으로 보이며, 고분자 전해질 수전해 기술은 전류밀도가 크고 전력 변동성에 강한 장점이 있으며, 고가의 전극을 사용해 내구성이 약한 단점에도 불구하고 알카라인 수전해 기술과 함께 병행 발전할 것으로 기대된다.
[기술분야별 세계 특허출원 현황] [기술분야별 세계 특허출원 현황]
IP5 한국 출원 549건 중 고분자 전해질 기술 특허 출원 비중이 42.4%(233건)로 미국(40.7%), 일본(39.2%), EU(30.0%), 중국(28.8%)에 비해 가장 높았지만 고분자 전해질 기술 분야에서 한국 국적 특허 출원인을 살펴보면 한국에너지기술연구원과 같은 수전해 전문 특허 출원인뿐만 아니라 삼성, SK이노베이션과 같은 전지 관련 기업이 포함돼 있는 점이 주목된다. IP5 한국 출원 549건 중 고분자 전해질 기술 특허 출원 비중이 42.4%(233건)로 미국(40.7%), 일본(39.2%), EU(30.0%), 중국(28.8%)에 비해 가장 높았지만 고분자 전해질 기술 분야에서 한국 국적 특허 출원인을 살펴보면 한국에너지기술연구원과 같은 수전해 전문 특허 출원인뿐만 아니라 삼성, SK이노베이션과 같은 전지 관련 기업이 포함돼 있는 점이 주목된다.
우리나라는 2차전지에서 세계 수준의 경쟁력을 보유하고 있지만(※ 2020년 세계 2차전지 시장점유율 국내 1위(44.1%), 산업부 보도자료, ‘21.07.08.’), 전지와 수전해 장치의 기본 구조가 유사하기 때문에 전지 관련 기업의 기초기술이 고분자 전해 수전해 기술 개발에도 활용되고 있는 것으로 보인다. 우리나라는 2차전지에서 세계 수준의 경쟁력을 보유하고 있지만(※ 2020년 세계 2차전지 시장점유율 국내 1위(44.1%), 산업부 보도자료, ‘21.07.08.’), 전지와 수전해 장치의 기본 구조가 유사하기 때문에 전지 관련 기업의 기초기술이 고분자 전해 수전해 기술 개발에도 활용되고 있는 것으로 보인다.