2022.10.31 (월)

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켄텍 잠재력과 프라운호퍼 경력이 만든 ‘수소에너지 FIP 연구소’

프라운호퍼, 獨에 76개 연구소 둔 유럽 최대 응용과학기술 연구기관
잠재력 앞세운 켄텍, 프라운호퍼의 첫 수소에너지 연구소 유치
그린수소생산, 저장‧운송, 소재, 안전‧로지스틱 등 4개 분야 중점 연구
다양한 수소프로젝트 참여, 인재양성, 韓‧獨 교류 등 기여

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[월간수소경제 박상우 기자] 세계 최초의 에너지 특화 연구·창업 중심 대학인 한국에너지공과대학교(KENTECH, 켄텍)가 지난 3월에 개교했다. 


정부, 지자체, 한국전력은 탄소중립 등 세계적인 에너지산업 대전환기를 맞아 에너지 전환을 선도하고 대학교육 혁신과 지역균형 발전을 위해 지난 2017년 7월 국정운영 5개년 계획에 한국에너지공대 설립을 반영하고 2019년 7월 국가균형발전위원회에서 ‘한전공대 설립 기본계획’을 의결했다. 지난해 3월 국회에서 한국에너지공과대학교법이 통과되면서 개교했다.


학교는 에너지 분야에 특화된 소수 정예 강소형 대학인 만큼 에너지AI, 에너지 신소재, 수소에너지, 차세대 그리드, 환경기후 기술 등 5대 유망분야를 중심으로 연구하고 다른 대학과도 적극적으로 협력할 계획이다.


그러나 이 학교에 대한 우려가 크다. 캠퍼스가 완성되지 않은 상태에서 개교했기 때문이다. 현재까지 세워진 건물은 4층짜리 한 동뿐이다. 이 건물을 포함하는 본관동은 오는 2024년에, 연구동, 강의동, 도서관, 학생회관, 기숙사 등은 2025년에 완공될 예정이다. 그래서 일부 학교 사무실과 교수연구실 등은 전남 나주빛가람혁신도시에 있는 한 건물 5층에 있다. 


이같이 기대와 우려가 교차하는 한국에너지공대가 유럽 최대 연구기관인 독일 프라운호퍼 게젤샤프트와 수소에너지 분야 연구기관을 설립해 주목받고 있다.

 


 
유럽 최대 응용과학기술 연구기관
지난 1949년에 설립된 프라운호퍼 게젤샤프트는 독일의 정부출연 연구기관으로, 연방정부로부터 재정지원을 받는 국립연구소이자 2021년 기준으로 독일 전역에 76개 연구소와 3만여 명의 직원을 두고 있는 유럽 최대 응용과학기술 연구기관이다.


지난해 연구 예산은 29억 유로(약 4조1,000억 원)로, 기본적인 연구 자금은 독일 연방정부와 주정부가 지원하나 70% 이상은 민간 기업과 정부 과제를 통한 위탁연구를 통해 확보했다.


독일 전역에 있는 연구소들은 필수적으로 9개의 연구 그룹 중 하나에 속한다. 9개 연구 그룹은 △에너지기술 및 기후보호 △헬스 리서치 △정보통신 △혁신 연구 △광학 및 표면 △소재 및 부품 △전자공학 △생산기술 △자원기술 및 바이오경제다. 또 현재 쟁점이 되는 기술 위주로 관련 연구를 하는 연구소들이 모여 얼라이언스를 형성한다.


프라운호퍼는 독일뿐만 아니라 유럽, 미국, 아시아, 남미, 아프리카 등 세계 곳곳에 연구센터를 설립했으며 한국에는 총 4개의 연구소를 개설했다.


먼저 프라운호퍼 세라믹기술연구소는 지난 2016년 4월 연세대학교 글로벌융합기술원, 한국기계연구원 재료연구소와 인천 송도 연세대 국제캠퍼스에 ‘글로벌공동연구소(GRL-FYK)’를 설립했다. 


이 연구소는 국내 최초로 국내외 소재 분야 연구기관이 협력해 설립한 국제 공동연구소다. 이곳은 나노·에너지·의공학 등 소재 분야에서 글로벌 공동연구를 벌이고 산업체로 기술이전을 활성화하는 역할을 수행한다. 


그로부터 한 달 후인 2016년 5월 프라운호퍼 화학기술연구소는 울산과학기술원(UNIST)에 첫 한국 분원인 ‘Fraunhofer Project Center @ UNIST’를 설립했다. 이곳은 국제 산학연 클러스터를 조성하는 기반을 구축하고 차량용 섬유강화 복합재 등 경량 소재 핵심 원천 및 양산화 기술을 개발한다.


이어 프라운호퍼와 UNIST는 산업통상자원부와 울산광역시로부터 4년간 총 200억 원의 예산지원을 받아 지난 2018년 11월 UNIST에 복합재료기술 연구센터를 세웠다. 이와 함께 프라운호퍼, UNIST, 울산시, 현대자동차는 교수진 및 연구원의 인적 교류, 학술정보의 교환, 공동 연구개발 프로젝트 발굴 등의 사업에서 적극적으로 협력하고 있다.

 


각종 식품가공 및 포장 R&D를 전문으로 하며 식품재료 가공식품 개발, 가공공정 개발, 포장재질 개발, 식품 포장용기 및 포장재질 안전성 평가 등을 수행하는 프라운호퍼 IVV 연구소는 지난 2018년 9월 전북 익산에 있는 국가식품클러스터 내 패키징센터에 분소를 개설했다. 이 연구소는 입주기업 등 국내 식품기업을 대상으로 식품포장기술 등 최신 식품 관련 기술을 지원한다. 


이어 프라운호퍼는 한국에너지공대와 협력해 수소에너지 분야 연구소를 설립했다.
 
세계 첫 프라운호퍼 수소 FIP 연구소
지난 9월 한국에너지공대는 프라운호퍼와 ‘켄텍-프라운호퍼 수소에너지 FIP 연구소’를 설립했다고 발표했다.


FIP(Fraunhofer Innovation Platform)는 프라운호퍼가 현지에 있는 대학이나 연구기관, 비영리 단체와 협력해 설립·운영하는 연구 플랫폼이다. 켄텍-프라운호퍼 수소에너지 FIP 연구소는 네덜란드, 이스라엘, 남아공 등에 이어 15번째 플랫폼이자 세계 최초 수소에너지 특화 연구 플랫폼이다.


연구소는 현재 전남 나주빛가람혁신도시에 있는 한 건물 5층에 있다. 이 5층에는 한국에너지공대의 일부 사무실과 교수연구실 등도 있다. 이는 캠퍼스 공사가 아직도 진행되고 있기 때문이다. 


연구소는 입주할 건물이 완공되는 대로 한국에너지공대 캠퍼스로 들어간다. 이때 연구 설비도 구축되는데 주로 수소의 저장 및 운송 기술 개발에 필요한 설비와 액화수소 관련 랩 스케일(Lab-Scale) 설비들이다. 


연구소 운영은 황지현 한국에너지공대 수소에너지트랙 교수와 클레멘스 일서(Klemens Ilse) 독일 프라운호퍼 연구소 박사가 맡는다.


지난해 6월 한국에너지공대에 초빙된 황지현 교수는 현대중공업, 대우조선해양, 삼성중공업, SBM Offshore, 린데에서 20년간 경험을 쌓아온 수소 및 LNG 극저온 액화 기술 전문가다. 또 지난 2012년 서울대 해양화학공학 박사 학위를 받았으며 해양플랜트·수소 분야 논문 23편과 올해의 논문상 3회 수상 등을 통해 수소에너지 분야의 세계적인 연구자로 평가받고 있다. 

 


“프라운호퍼가 몇 년 전부터 수소에너지 FIP 연구소를 설립하기 위해 여러 나라를 살펴보고 있었습니다. 그때 제가 임용예정자였는데 박진호 연구부총장님으로부터 프라운호퍼 본사 수소 담당 임원을 소개받았고 이후 많은 논의를 진행했으나 연구소를 만든다는 생각은 없었습니다. 그러던 중 한국과 독일이 자체적으로 그린수소를 생산하기에는 지리적, 자연적 제한이 많다는 점과 한국은 활용 쪽에, 독일은 생산, 저장, 운송 쪽에 강점이 있다는 점을 발견했습니다. 그래서 시너지를 만들어보자는 얘기가 나왔고 장기간 논의 끝에 지난해 6월 상호 협력의향서(Letter Of Intent)를 교환했습니다.” 황지현 교수가 밝힌 연구소 설립 배경이다. 


해당 의향서는 2022년 6월까지 한국에너지공대 캠퍼스에 공동 수소연구센터를 설립하는 것을 주요 골자로 한다.


이후 한국에너지공대는 황지현 교수가 이끄는 HYLOT과 협력해 수소에너지 FIP 연구소를 설립할 프라운호퍼 소속 연구소를 물색해 저장, 운송, 생산, 수전해, 수소안전을 중점으로 연구하는 6곳을 선정했다. HYLOT(HYdrogen Liquefaction & value chain Optimization Technologies)은 한국에너지공대 소속 수소에너지 전주기 밸류체인 전문 연구소다. 


선정된 6곳은 △PEM, 재료 특성 등을 연구하는 IMWS △LOHC, 수소안전 등을 연구하는 ICT △금속수소화물 용기, 알카라인 수전해를 연구하는 IFAM △그린 암모니아·메탄올 생산을 연구하는 IGB △그린메탄올 생산, 암모니아 크랙킹 등을 연구하는 UMSICHT △풍력발전을 연구하는 IWES이다.


이어 프라운호퍼에서 한국에너지공대와 황지현 교수에 대한 평가를 진행했다. 


황 교수는 선정된 6개 기관의 각 기관장 및 본사 관계자와 무려 7번의 면접을 봤다. 이를 통해 프라운호퍼는 황 교수의 역량이 연구소 총괄책임자를 맡을 만큼 충분하다고 판단했다. 여기에 한국에너지공대는 수소에너지 분야 교수진 및 연구 능력, 학생들의 잠재력 등에 대한 평가에서 다른 후보들보다 높은 점수를 받았다.


“평가가 시작됐을 때 우리가 제일 밑에 있었어요. 그런데 생산, 저장, 운송, 활용 등 수소 전주기 밸류체인을 한자리에서 연구할 수 있는 곳이 전 세계에서 우리밖에 없다는 것을 굉장히 높게 평가했죠. 여기에 우리가 제출한 사업계획서를 보고 ‘지금까지 만든 FIP 연구소 중 가장 훌륭하다’고 말하기도 했습니다. 그래서 마지막 평가까지 진행한 결과 우리가 최고점을 받아 선정된 것이죠.”


출발은 늦었지만 결승선엔 맨 먼저 도착한 셈이다.  
 
원천기술 개발부터 인력양성까지
이런 평가를 거쳐 설립된 수소에너지 FIP 연구소는 △신재생에너지 활용 생산 △저장 및 운송 △소재 △안전 및 로지스틱 등 총 4개 연구 분야를 중점적으로 다뤄 생산, 저장, 운송 관련 원천기술을 개발하고 상용화할 계획이다.

 


세부적으로 생산분야는 풍력, 태양광, 수전해, 그린암모니아 크랙킹 등을, 저장 및 운송 분야는 그린 암모니아·메탄올, 액화수소, 금속수소화물 용기, LOHC 등을, 소재 분야는 특성 및 결함 분석, 응력 시험, 촉매 개발 등을, 안전 및 로지스틱 분야는 시험, 시뮬레이션&기술경제 평가 등을 연구한다. 


이를 위해 한국에너지공대와 프라운호퍼는 △그린수소 생산·저장·운송 기술 연구를 위한 소규모 연구 설비인 랩 스케일(Lab-scale) 설비의 공동 구축 △상용화 검증을 위한 파일럿 스케일(Pilot-scale) 플랜트 구축 △독일 및 한국 내 현지 산업과의 긴밀한 협력을 통한 기술이전 등을 추진한다.


또 한국에너지공대는 수소에너지 FIP 연구소를 중심으로 수소에너지 핵심 원천기술에 대한 라이선스 개발을 통해 기술·경제·사회적으로 파급력 있는 연구개발을 할 계획이다.


수소에너지 FIP 연구소는 기술 개발뿐만 아니라 국내에서 진행되는 여러 수소 프로젝트에도 참여할 예정이다. 대표적인 프로젝트가 ‘전남도 그린수소 에너지섬 조성사업’과 ‘보령 친환경 청정수소 생산기지 구축사업’이다.

 

전남도 그린수소 에너지섬 조성사업은 신안 앞바다 일대에 설치되는 8.2GW 규모의 해상풍력발전단지와 여러 섬에 설치되는 수전해설비로 그린수소를 생산해 인근 철강석유화학단지 등에 공급하는 사업이다.


이 사업은 전남도가 지난 1월에 발표한 ‘전남 수소산업 육성 종합계획’에 포함된 과제 중 하나다. 전남은 2031년까지 10년간 19조346억 원을 투입해 에너지섬 조성사업을 포함한 7대 전략과 27개 추진과제를 달성한다는 계획이다. 


수소에너지 FIP 연구소는 내년에 시작하는 에너지섬 조성사업 기획 단계부터 참여할 예정이다.

 


또 보령 친환경 청정수소 생산기지 구축사업은 SK E&S가 2025년까지 약 5조 원을 투자해 보령LNG터미널 인근 지역에 연간 25만 톤의 청정수소를 생산하는 세계 최초·최대 규모의 친환경 청정수소 생산 플랜트를 구축하는 사업이다.


구체적으로 CCS 기술을 활용해 수소생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집·액화하고, 포집한 이산화탄소는 SK가 보유한 해외 폐가스전에 매립하는 방식으로 친환경 수소를 생산할 계획이다. 이 과정에서 SK E&S의 LNG 인프라 및 CCS 기술 역량과 중부발전의 유휴 석탄회처리장 부지, 대규모 플랜트 및 CCS 운영 역량을 결합해 전략적으로 협력할 계획이다.


이 사업이 원활히 추진될 수 있도록 중부발전은 석탄회처리장 유휴 부지 제공과 함께 투자·운영에 참여하며 충남도와 보령시는 수소산업 육성, 기업 유치, 인력양성 등 재정적·행정적 지원을 통해 뒷받침한다.


청정수소 25만 톤 중 20만 톤은 연료전지 발전에 투입하고 5만 톤은 액화 후 자동차 충전용으로 공급된다. 그 일환으로 SK E&S는 수소에너지 FIP 연구소와 협력해 액화수소연구소를 해당 부지에 구축할 예정이다.


이뿐만 아니라 수소에너지 FIP 연구소는 한국과 독일의 수소기업을 이어주는 연결고리 역할도 할 수 있다.


황 교수는 “한국기업들은 독일의 기술력을, 독일기업들은 한국시장의 가치를 높게 평가하고 있다. 그런데 연결고리가 없어서 협력하기가 쉽지 않다. 이런 상황에서 연결고리 역할을 할 수 있는 FIP 연구소가 설립되어 많은 기업이 관심을 보이고 있다. 그래서 지난 9월 독일 베를린에서 열린 연구소 협약식에 린데, 지멘스 등 독일기업 관계자들과 SK E&S, 한국조선해양 등 한국기업 관계자들이 많이 참석했다”고 말했다.


또 양 기관의 인적 교류가 이뤄질 예정이어서 국내 수소에너지 연구인력 양성에도 도움이 될 것으로 보인다.


황 교수는 “10월 말에 독일에서 8명이 들어와 학교를 견학하고 실제 공동연구를 어떻게 진행할지 협의할 예정이다. 또 우리 학교 대학원생 중 일부가 독일로 파견을 가고 학부 연구원들이 FIP 연구소에 많이 들어와 있다. 이 연구소를 통해서 수소와 관련된 모든 연구를 할 수 있는 데다 독일 현지 기업 또는 연구소와 협력할 수 있는 곳이 세계에서 유일하기 때문에 학생들이 많은 관심을 가지고 있다”고 말했다.

 


HYLOT은 최근 산업부의 에너지인력양성사업 프로그램 중 하나인 글로벌에너지인력양성사업 수행기관으로 선정됐다. 이 사업은 에너지신산업 기술격차 해소와 공동연구 경험 축적을 통한 미래 유망분야의 글로벌 역량을 강화하기 위해 국내 우수인재를 해외 우수 연구기관에 파견하는 사업이다. 


사업기간은 2022년 9월부터 2023년 8월까지 진행되며, 사업예산은 1인당 1억 원으로 총 5명까지 보낼 수 있다. HYLOT은 수소에너지 FIP 연구소와 연계해 대상 학생들을 독일로 보낼 계획이다.


“강의를 들으면서 수소가 필요한 기술이고 여러 가지 분야가 섞여 있어서 재미있을 것 같아서 수소를 하기로 마음을 굳혔어요. FIP 연구소가 수소 연구를 하는데 큰 도움이 되는 연구기관이니 많은 경험을 할 수 있을 것 같아서 합류하게 됐어요.” 수소에너지트랙 학부생인 조근아 학생이 수소에너지 FIP 연구소에 참여하게 된 배경이다. 


또 수소에너지트랙 석박통합과정(1년차)에 재학 중인 조승현 학생은 “발전소에서 약 6개월간 인턴 업무를 수행하면서 P2G(Power to Gas) 시스템의 필요성을 알게 되면서 수소에 대해 관심을 가졌으며 특히 운송 및 저장 분야가 가장 취약하다는 것을 알게 되어 기계공학전공자로서 액화수소에 관심을 가지게 됐다”라며 “그러던 중 황지현 교수님이 린데에서 학교로 오셨다는 소식을 듣고 지원하게 됐다”라고 말했다.


이같이 수소에너지 FIP 연구소는 원천기술 개발부터 인력양성까지 국내 수소산업 활성화에 큰 공헌을 할 것으로 보인다.
 
이제는 보여줘야 할 때
지난 1971년 9월 고 정주영 현대그룹 명예회장은 조선소 건립에 필요한 차관을 영국 바클레이 은행으로부터 얻기 위해 런던으로 날아가 A&P 애플도어 롱바톰 회장을 만났다. 


정주영 회장은 롱바톰 회장이 현대의 조선 능력과 기술 수준이 부족하다며 난색을 보이자 재빨리 지갑에서 거북선 그림이 있는 500원짜리 지폐 한 장을 꺼내 보이며 “우리는 영국보다 300년이나 앞선 1,500년대에 철갑선을 만들어 전쟁에서 일본을 물리쳤습니다. 산업화가 늦어져서 아이디어가 녹슬었을 뿐 잠재력은 충분합니다”라고 말했다. 


이에 감동한 롱바톰 회장은 정주영 회장에게 추천서를 써줬고 바클레이 은행으로부터 차관을 받았다. 현대그룹은 이를 바탕으로 1974년 울산 미포만에 조선소를 세우고 수주한 대형 유조선 2척을 진수했다.


한국에너지공대가 프라운호퍼와 협의를 시작했을 때 40만m2 규모의 캠퍼스에는 4층짜리 건물 한 동만 올라가고 있었다. 그러나 한국에너지공대는 수소에너지 분야 교수진 및 연구능력, 학생들의 잠재력 등을 앞세워 유럽 최대 연구기관인 프라운호퍼의 마음을 움직여 세계 최초로 수소에너지 FIP 연구소를 설립했다.


이제 한국에너지공대가 보여줄 것은 현대조선소가 세계 최대 규모의 중공업회사로 성장한 것처럼 세계 최고의 수소에너지 분야 대학이 되는 것이다.

 





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