수소연료전지자동차 시장을 선점하기 위해 정통 자동차 강국인 한국을 비롯한 일본, 미국, 독일 등의 경쟁이 치열하다. 현대자동차, 메르세데스 벤츠, 도요타 등이 기술 개발에 매진한 가운데 10년 후면 수소연료전지자동차의 대중화가 될 것이란 예측도 나왔다. 가장 큰 난제는 배터리다. 배터리의 효율성과 가격 경쟁력을 확보해 원천기술 보유국이 돼야 한다. 이는 위덕대학교 그린에너지공학부 이동훈 교수의 주요 연구 과제이기도 하다.

최선영 기자 csy@

수소연료전지자동차는 수소와 공기 중 산소가 반응해 발생하는 전기로 움직이는 자동차로 연료전지가 내연기관을 대체한다. 연료전지는 친환경 신재생에너지의 대표적인 차세대 에너지원이다. 위덕대학교 이동훈 교수는 '이온채널구조 제어를 통한 고효율의 고분자 전해질 막‘ 연구를 통해 연료전지의 부품 소재 중 핵심 부품인 고분자 전해질 막의 저비용·고효율 개발을 목표로 연구를 진행 중이다.

수소연료전지자동차의 핵심, 연료전지 개발 기술
수소연료전지의 핵심 부품은 고분자 전해질 막이다. 위덕대학교 그린에너지공학부 이동훈 교수는 화학구조적 변화를 통한 채널구조제어, 에너지조사에 따른 채널구조제어, 이오노머 제조에 따른 채널구조제어를 통해 화학적, 물리적, 전기적 특성을 높이고 높은 가격, 복잡한 공정, 상대적 습도의존성, 열적 불안정성, 연료침투율 등의 문제점을 제어하여 고효율의 고분자 연료전지 전해질 막 연구를 수행하고 있다. 현재 형성된 수소연료전지자동차의 가격은 최소 몇천만 원에서 최고 수억 원을 상회한다. 수소전지에 들어가는 고분자 전해질 막이 비싸기 때문이다.

▲ 이동훈 교수

“한국은 현대자동차, 기아자동차, 쌍용자동차 등의 자동차 생산 능력이 우수한 기업들이 밀집된 자동차 산업 강국입니다. 이점을 활용해 수소연료전지자동차의 가격을 떨어뜨리는 연구를 성공적으로 수행한다면 바로 상용화해 시장을 독점할 수 있습니다.”
고분자 전해질 막 연구는 수소연료전지 자동차에 쓰여 대기오염의 주범인 NOX, SOx를 배출하지 않아 환경개선에 도움을 준다. 이외에도 수전해전해질, 기체분리 및 포집전해질, 이차전지 분리막 및 전해질, 수처리전해질, 태양전지 분리막, 반도체 층간절연물질 등 다양한 분야에 적용할 수 있다. 이 교수 연구실은 연료전지 이외에도 알칼리전지 및 수전해 시스템에 적용하기 위한 연구를 진행 중이다. 결과에 따라 ESS시스템과 CA시스템, 폐수분해 및 평형수 시스템에 적용할 수 있다. 더불어 응용분야인 건축소재, 기계소재표면에 적용해 에너지를 절감하는 초발수와 초친수소재를 개발하고 있다.
“고분자 전해질막 연구는 단순히 자동차에 그치지 않습니다. 원천기술을 보유한다면 정수기 필터, 공기청정기 필터에도 쓰일 수 있을 뿐만 아니라 다방면의 산업에 접목할 수 있습니다. 현재까지 전 세계 유수의 기업이 20여 년 동안 연구했지만 아직 독보적인 기술은 개발되지 않았습니다. 저희 연구실은 코오롱 기업과 협약해 저온형 연료전지를 연구하고 있습니다. 그 외에도 두산을 비롯한 컨소시엄을 구성하여 수소연료전지 발전소를 준비하는데 위덕대도 힘을 보태고 있으며, 한국수력원자력과 바닷물을 이용한 수전해시스템 공동연구를 진행하고 있습니다.”

지리적으로 취업에 유리한 대학, 훌륭한 교육 시스템으로 취업에 강한 대학
위덕대학교는 경상북도 경주시에 위치해 있다. 경주시, 포항시, 울산시는 자동차 부품소재 중소기업이 왕성하게 활동하는 지역이며, 우리나라 수출 산업의 역군들이 모인 지역이다. 이동훈 교수는 위덕대학교 LINC+ 사업의 부단장으로 활동하며 학생들의 취업을 돕고 있다. 그가 소속된 위덕대는 한국수력원자력을 주축으로 주변 대학교 8곳과 산학협력 컨소시엄 ‘해오름 동맹’을 결성해, 기업이 필요한 인재를 대학교가 육성해 공급하기 할 수 있는 시스템을 갖춰, 기업의 인력난과 청년 취업난 문제를 동시에 해결하고 있다. 최근 일본이 한국을 백색국가에서 제외하는 초유의 사태가 벌어졌다. 우리나라는 완성품을 제조하는 기술이 뛰어나지만 소재 기술력에서 다소 밀려 이번 기회에 소재 기술력의 기반을 탄탄히 구축하자는 여론이 형성됐다. 이 교수는 반도체 분야에서 제기된 문제가 에너지 소재 분야에서 반복되지 않도록 한국이 원천기술을 반드시 확보해야 한다고 강조했다. 또한, 대학교에서 많은 기업과 산학협력 R&D를 접목할 기회를 만들어야 한다고 전하며 취업 시장의 미스매치 현상에 대한 의견을 제시했다.
“1995년 지방자치제도가 시작됐고 지금은 성공적으로 안착했습니다. 경주, 울산, 포항은 자동차, 제철 산업이 뿌리내린 곳입니다. 대기업과 협력하는 강소기업도 많죠. 기업은 능력이 우수한 인재를 필요로 합니다. 기업이 위덕대학교와 함께 산학협력, R&D를 진행할 수 있도록 각계각층의 지도와 관심이 필요합니다. 지역 인재가 터를 잡고 성장할 수 있는 지역사회를 건설하는 것이 위덕대학교의 목표입니다”
위덕대학교 LINC+ 사업단은 학생들에게 실무를 가르치기 위한 인프라를 구축했다. 축소형 기자재를 갖춰 현장실습과 똑같은 조건 속에서 학생들에게 기술을 전수하고 있다. 학생과 기업 모두 호응도가 높아 앞으로 파급 효과가 클 것으로 예상된다. 그는 소재산업의 중요성을 누구보다 절감하고 있다. 대한민국이 나아가야 할 방향, 위덕대학교와 주변 기업이 발전해야 할 방향을 고민하며 교육 현장에서 최선을 다하고 있다. 교육자이자 에너지 분야의 소재원천기술 연구자로 활발히 활동하는 이동훈 교수의 내일이 기대된다. NM