수소경제의 첨병 수소 가스터빈 특허출원 기지개 
- 최근 5년간(2015~2019) 수소 가스터빈 관련 특허출원 증가 -

□ LNG(천연액화가스) 대신 수소 연소로 가스터빈을 구동하여 전력을 생산하는 수소 가스터빈*에 대한 특허출원이 증가하고 있다.

□ 특허청(청장 박원주)에 따르면, 발전용 수소 가스터빈 관련 특허는 최근 9년간(‘11~’19년) 총 36건이 출원됐고, 매년 2건 정도에 불과하던 것이 ’15년 이후에는 6~7건으로 증가했다.

  * 수소는 LNG대비 6배의 화염 확산속도와 3배의 발열량을 가지고 있을 뿐만 아니라, 연소되고 나면 부산물로 깨끗한 물만 남기 때문에 CO2가스 배출이 전혀 없는 친환경적 에너지원으로 기대

 ** 수소는 기존 석탄, LNG 등 화석연료에서 추출하는 방식 이외에도, 잉여 전력을 이용해 물을 전기분해 하는 등 다양한 방식으로 경제적인 생산 가능

□ ‘18년 기준으로 LNG 발전은 우리나라 전체 발전량의 26.8%로 석탄화력발전(41.8%)에 이어 두 번째로 높은 비중을 차지하고 있다. 최근, 미세먼지 저감을 위해 석탄화력 발전을 LNG 발전으로 점차 대체하고 있어, 향후 LNG 가스발전의 비중은 더욱 확대될 것으로 예상되고 있다.

 ㅇ 이러한 가운데, LNG 가스터빈의 효율을 높이기 위하여 연료로 사용되는 LNG에 수소를 혼합하려는 시도가 일어나고 있는데, 현재 수소의 혼합비율을 약 60%정도까지 높인 사례가 발표되고 있다. 현재의 수소 가스터빈 기술 발전 추세를 감안할 때, 향후 대부분의 LNG 발전소에서 수소를 발전연료로 사용할 수 있게 될 것으로 보인다.

□ 최근 9년간 국내 특허출원동향을 살펴보면, 한전 등 발전사가 수소 가스터빈에 대한 특허출원을 주도하고 있고, 대우조선해양 및 미츠비시(日)가 그 뒤를 따르고 있다. 반면, 현재 가스터빈 시장을 선도하고 있는 지멘스(美), 알스톰(伊)사(社)나 두산중공업은 저조한 특허출원 동향을 보이고 있어, 아직 수소 가스터빈 기술에 대한 뚜렷한 방향성은 나타나고 있지 않다. 

 ㅇ 그러나, 많은 전문가들이 2030년 경에는 수소 가스터빈의 보편화 및 상업화가 가능할 것으로 예상하고 있어, 이 기술분야에 대한 투자는 기술 발전의 초기 단계에서 독자적인 원천기술을 선점할 수 있는 좋은 기회로 보인다. 

□ 수소 가스터빈에 관한 특허출원을 기술 내용 별로 살펴보면,

① 석탄 등 화석연료에서 추출된 수소를 활용하는 기술,

② 연료전지와 수소 가스터빈을 통합하여 발전하는 기술,

③ 고화염전파 특성 및 고발열량의 활용을 위한 LNG와 수소의 혼합비를 결정하는 기술,

④ 수소 연료 분사노즐 설계,

⑤ 연소실의 배치 및 형상 설계에 관한 것이 주류를 이루고 있다.

 ㅇ 향후, 생산된 수소를 생산, 운반, 저장하는 기술과 아울러 가스터빈에서 발생하는 공해물질인 질소산화물을 줄이기 위해 LNG와 혼합비율, 연료분사 노즐 및 연소실 구조 개선에 관한 방향으로 기술개발이 전개될 것으로 보인다.

□ 우리 정부는 지난 ‘19년 수소경제를 데이터, 인공지능과 함께 3대 차세대 전략 투자분야로 선정하여 세계 최고 수준의 수소경제 선도국가를 목표로 하고 있는데, 이러한 노력에 수소 가스터빈 분야가 일조할 수 있을 것으로 예상된다.  

□ 특허청 조지훈 동력기술심사과장은 ‘현재, 수소 가스터빈 관련 연간 출원건수는 10건 미만에 불과하지만, 수소경제에 대한 관심의 증가 및 관련 인프라의 확충에 따라, 향후 이 기술분야의 특허출원은 점점 증가할 것으로 예상된다.“라며, ”아울러, 현재 추진 중인 온실가스 감축, 미세먼지 절감, 그리고 화석연료에 대한 에너지 의존도 감소를 통한 에너지 자립에도 기여할 수 있을 것’이라고 강조했다.