반도체 기술로 수소 생산 75배↑…'수소경제 선봉장' 될 이 기술

정연식 KAIST 신소재공학과 교수/사진=박기영 기자

16일 서울 삼성동 코엑스에서 열린 '4대 과학기술원 공동 테크마켓'(이하 테크마켓)에서 정연식 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수는 '3차원 전사 프린팅 기반 그린 수소 소재' 기술을 소개했다. 이 기술은 반도체 증착 기술을 적용해 기존 대비 수소 생산량을 최대 75배 늘리는 기술이다.

국토교통부에 따르면 연도별 수소차 보급대수는 2019년 4179대에서 2022년 1만104대를 정점으로 지난해 4672대, 올해 상반기 1382대로 감소세를 보이고 있다. 아울러 미국의 대표적인 수소기업 '플러그파워' 주가는 2021년 고점 대비 70% 이상 급락했다. 이는 수소 경제가 아직 기존 화석 연료 등과 비교해 경쟁력이 부족하기 때문이다. 가솔린 등 화석연료의 생산비용이 킬로그램당 1달러 수준인 데 반해, 그린 수소 에너지는 킬로그램당 6달러 이상인 것으로 알려졌다.


정 교수는 이런 추이를 두고 "수소 경제가 비용과 인프라 부족 문제로 아직 활성화되지 못한 탓"이라며 "미국 에너지부(DOE)에서는 이리듐 사용량을 지금보다 24분의 1수준으로 줄일 수 있는 기술이 필요하다고 봤는데 이는 수소경제가 사업성을 갖기 위한 필수조건"이라고 설명했다.

수소 경제란 태양광이나 풍력 발전 등 신재생 에너지를 통해 수소를 고효율로 생산하고, 저장 및 운송을 거쳐 운송된 수소를 다시 전력이나 다른 에너지원으로 사용하는 일련의 과정을 뜻한다. 일련의 과정에서 발생하는 비용이 화석연료 등 기존 자원 대비 가격 경쟁력 및 사용 편의성이 충족돼야 한다.

정 교수의 핵심기술은 '고효율·고내구성의 수소생산 촉매 제조 기술'이다. 수소 생산에서 가장 큰 비용을 차지하는 것이 촉매로 사용되는 이리듐 등 귀금속값이다. 이리듐 촉매에 반도체 기술을 접목해 크기를 줄이고 접촉면을 늘려 효율성을 큰 폭으로 개선하는 방법이다. 실용화를 위한 양산도 정 교수팀이 개발한 3D(3차원) 프린팅 기술을 통해 가능하도록 했다.


정 교수는 "수소 경제가 현실화하려면 소재 설계, 제작, 구현, 양산 등 모든 측면에서 패러다임 전환이 필요하다"고 강조했다.

'그린비즈니스위크(GBW) 2024'의 부대행사로 마련된 테크마켓은 △과학기술정보통신부 △카이스트(KAIST), 대구경북과학기술원(DGIST), 울산과학기술원(UNIST), 광주과학기술원(GIST) 등 4대 과학기술원이 주최하고, 머니투데이 스타트업 전문 미디어 플랫폼 '유니콘팩토리'와 한국과학기술정보연구원(KISTI) 데이터분석본부가 주관했다. 사업화 유망 기술을 한 자리에 만날 수 있다.

한편, 이날 테크마켓 행사에서는 UNIST 외에도 △KAIST △DGIST △GIST 등 4대 과기대의 주요 기술 발표가 이어졌다. 발표 중간마다 수요기업을 대상으로 각 과기대 교수 및 연구자와 일대일 상담 및 컨설팅도 진행됐다.

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