생산·저장·이용 3大기술 ‘관건’ 연료전지가 발전소 대체할 날도
미래 ‘과학 한국’을 이끌 ‘원투 펀치’로 생명공학기술(BT)과 수소에너지가 주목받고 있다. 현재 우리나라 과학 및 경제의 ‘대들보’ 역할은 정보기술(IT)과 석유가 담당하고 있다. 그러나 고령화 사회의 진전으로 BT 수요가 IT 이상으로 확대되고 있다. 또 석유자원 고갈 및 환경오염 등에 직면한 인류는 차세대 청정에너지인 수소에 눈을 돌리고 있다.BT 산업 및 수소 경제를 앞당기기 위한 우리나라의 노력과 현주소를 살펴본다.
‘수소 경제’의 원리는 간단하다. 물(H2O)을 구성하고 있는 수소와 산소를 분해한 뒤 발열량이 석유와 석탄에 비해 2∼4배 가량 높은 수소를 에너지원으로 활용한다. 이어 연소된 수소는 다시 산소와 결합, 물로 변하게 된다. 이처럼 수소 경제는 기존 ‘석유 경제’와 달리 환경오염이 없는 청정에너지를 무한정 이용할 수 있는 체계인 셈이다.
●수소 생산, 방식은 달라도 목표는 하나
수소 경제로 전환하려면 수소를 만들고 저장하고 이용할 수 있는 ‘3대 기술’이 뒷받침돼야 한다. 이를 위해 미국, 일본, 유럽 등의 선진국은 이미 1990년대에 기술개발에 뛰어들었다. 반면 우리나라는 2000년대 이후 관심을 갖기 시작, 선진국에 10년가량 뒤처진 상황이다. 그러나 정부와 연구기관, 민간기업 등이 톱니바퀴처럼 맞물려 핵심 기술을 확보하는 등 기술격차를 차츰 줄여나가고 있다. 먼저 지난 2003년 출범한 ‘수소에너지 제조·저장·이용기술 개발사업단’은 천연가스를 고온의 수증기와 반응시키는 열분해 방식으로 시간당 20㎥의 수소를 생산할 수 있는 장치를 개발하고 있다. 이는 수소자동차 4∼6대를 충전할 수 있는 양으로, 올해 안에 개발이 마무리된다. 이 때문에 대전 대덕연구단지에는 하루 10∼15대의 수소자동차에 연료를 충전할 수 있는 ‘수소충전소’도 설치됐다.
김종원 사업단장은 “내년부터는 태양이나 바람을 이용, 물을 전기분해해 수소를 생산할 수 있는 기술개발에도 나설 계획”이라고 밝혔다.
또 한국원자력연구소는 ‘초고온가스로’(VTGR)를 이용한 수소 생산에 연구력을 집중하고 있다.VTGR는 원자로에서 섭씨 900∼1000도의 초고온 상태를 만들어 물을 분해해 수소를 얻을 수 있다.
박창규 소장은 “100㎿나 300㎿급 VTGR를 제작, 연간 1만∼3만t의 수소를 생산하는 방안을 구상 중”이라면서 “수소 3만t은 수소자동차 15만대에 연료를 공급하고, 연간 1000만t의 탄산가스 배출을 줄일 수 있는 양”이라고 강조했다. 그는 “오는 2016년쯤 VTGR를 이용한 수소 생산체제를 갖출 수 있을 것”이라고 내다봤다.
●수소 경제의 핵심은 연료전지
수소개발사업단은 350기압의 고압 상태에서 수소를 저장하는 장치를 개발, 현재 성능 검증 절차를 밟고 있다. 김 단장은 “내년부터는 나노소재를 이용한 700기압의 저장장치 개발에 나설 계획”이라면서 “이는 일반 자동차의 주행거리와 맞먹는 연료를 저장할 수 있는 수준”이라고 말했다. 그러나 기존의 수소 저장 기술로는 350기압 이상으로 압축하거나, 섭씨 영하 253도의 극저온으로 ‘액체수소’를 만들어야 하기 때문에 비용이 많이 든다. 하지만 최근 한국과학기술원(KAIST) 이흔 교수팀은 수소를 얼음 속에 가둘 수 있는 원리를 세계 최초로 발견, 저장장치 제작비용을 획기적으로 떨어뜨릴 수 있는 길을 열었다.
수소를 실제 이용하기 위해 자동차 제조업체와 정유사, 엔지니어링회사, 벤처기업 등이 핵심기술 개발에 속속 뛰어들어 있으며 그 중심부에는 연료전지가 자리잡고 있다. 연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 일종의 발전기다. 태양력과 풍력 등 신재생에너지는 효율이 낮아 전기에너지로 전환하기 쉽지 않다는 점을 감안하면 결국 연료전지에 저장할 수밖에 없다. 특히 고효율·고성능의 연료전지가 보편화될 경우 발전소가 없어질 가능성도 배제할 수 없다.
이같은 가능성 때문에 최근 대한상공회의소는 오는 2030년 수소 연료전지 시장이 연간 1500억달러에 이를 것으로 전망했다. 같은 맥락에서 삼성전자는 5∼10년 후를 대비해 연료전지 분야를 중점육성한다는 전략을 발표하기도 했다. 현재 연료전지 개발과 실용화는 ‘수소연료전지사업단’이 주도하고 있다. 사업단은 오는 2012년까지 가정·건물·전력용 연료전지 시스템과 수소 연료전지 자동차를 보급해 상품화한다는 구상이다.
장세훈기자 shjang@seoul.co.kr
■ 바이오산업 ‘황금알 거위’
세계 바이오시장은 지난 2000년 기준 540억달러로 적지 않은 규모지만 반도체시장(1950억달러)에 비해서는 4분의1 수준에 그쳤다. 하지만 세계적인 컨설팅업체 에른스트 영에 따르면 바이오시장은 오는 2008년 반도체시장의 2.5배로 확대되는 등 여전히 ‘쑥쑥 자라는 아이’이다.
특히 세계 바이오기업 가운데 3분의1은 미국에 집중돼 있고, 현재 이들 기업이 세계 시장의 3분의2를 차지하고 있어 비집고 들어갈 틈이 좁아보인다. 그러나 국내 생명공학분야 과학자들이 ‘IT(정보기술) 혁명’에 이어 ‘BT(생명공학) 신화’를 엮어내기 위한 땀방울을 흘리고 있다.
●‘줄기세포=바이오기술’은 고정관념
최근 서울대 황우석 교수팀이 인간 체세포 배아복제기술을 이용한 줄기세포를 만드는 데 성공, 당뇨병과 고혈압 등 난치병 환자를 위한 세포 치료의 길을 열었다. 이는 다른 국가에 비해 2년가량 앞선 기술로 평가받는다. 황 교수팀은 또 복제소와 광우병 내성소와 같은 복제동물 생산, 무균 돼지를 이용한 장기이식 연구에도 주력하고 있다.
그러나 생명공학분야에서 이같은 바이오 치료 부문을 제외하면 우리나라는 아직 ‘걸음마’ 수준에 머물고 있다. 이 때문에 ‘생명공학=줄기세포’라는 고정관념도 생길 수 있지만, 적용할 수 있는 분야는 무궁무진하다.
이 가운데 ▲바이오 치료를 비롯,▲바이오 신약 ▲U(유비쿼터스)-헬스 ▲유전자변형생물체(GMO) ▲바이오 진단·분석기기 ▲바이오 환경·에너지 ▲바이오 공정 등 7개 분야가 유망한 것으로 손꼽히고 있다. 삼성경제연구소는 이들 7개 사업의 세계 시장 규모가 오는 2010년 3400억달러에 이를 것으로 전망하고 있다.
특히 지난 2003년 미국이 주도한 국제 공동연구팀이 인간 유전체 염기서열을 완전해독한 이후 세계 각국은 유전자 기능연구로 방향을 돌리고 있다.
유전자의 기능을 알면 단백질과 호르몬같은 생체물질을 활용해 신약 개발 등으로 이어질 수 있기 때문이다. 예컨대 바이오기술을 적용한 항암제 ‘인터페론’의 경우 1g당 5000달러(한화 500만원)이며 이중 60%가 부가가치이다. 반면 256KD램 반도체는 1g당 360달러로 부가가치는 30%에 불과하다.
이 때문에 우리나라는 인간 게놈 프로젝트에는 참여하지 못했지만 이후 진행되고 있는 배추와 토마토, 고추, 미생물 등의 유전체 염기서열 해독 및 기능분석에 적극 나서고 있다.
●BT분야 정부지원 절실
또 언제 어디서나 컴퓨터에 접속할 수 있는 유비쿼터스 환경을 기반으로 의료 서비스를 손쉽게 받는 U-헬스도 주목받고 있는 분야 중 하나이다.
특히 전세계적으로도 손꼽히는 우리나라의 초고속통신망 등 IT 기반기술을 활용할 경우 다른 국가보다 우위를 점할 수 있을 것으로 예상된다. 이밖에 생명공학기술을 응용할 경우 미생물로 대기중의 이산화탄소를 석유로도 만들 수 있는 등 꿈을 현실로 바꿀 수 있다. 실제 생명공학 선진국에서는 이같은 기술이 상용화를 앞두고 있다.
따라서 우리나라가 BT분야를 ‘황금알을 낳는 거위’로 만들려면 정부의 지원이 무엇보다 중요하다는 지적이다.BT는 IT에 비해 연구개발(R&D) 투자 규모가 크고 투자 회수기간이 길기 때문이다.
정부가 올해 BT분야에 지원하는 예산은 모두 7086억원이다. 미국의 대표적 제약회사인 암젠사가 지출하는 연간 연구개발비가 1조원 이상이라는 점을 감안하면 아직 미흡한 수준이다. 투자가 뒷받침돼야 성과를 기대할 수 있다.
장세훈기자 shjang@seoul.co.kr
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