2011~2014년 연간 2건→2015년 이후 연간 6~7건
발전사가 주도…초기단계에서 원천기술 선점 기회
[이투뉴스] 에너지전환 정책의 일환으로 LNG발전 비중이 더욱 확대되는 추세 속에서 LNG 대신 수소 연소로 가스터빈을 구동해 전력을 생산하는 수소 가스터빈에 대한 특허출원이 크게 늘어난 것으로 나타났다.
수소는 LNG 대비 6배의 화염 확산속도와 3배의 발열량을 가지고 있을 뿐만 아니라, 연소되고 나면 부산물로 깨끗한 물만 남기 때문에 이산화탄소 배출이 전혀 없다. 또한 기존 석탄, LNG 등 화석연료에서 추출하는 방식 이외에도 잉여 전력을 이용해 물을 전기분해 하는 등 다양한 방식으로 경제적인 생산이 가능하다.
특허청(청장 박원주)에 따르면 발전용 수소 가스터빈 관련 특허는 최근 9년간(‘11~’19년) 총 36건이 출원됐는데, 매년 2건 정도에 불과하던 것이 2015년 이후에는 6~7건으로 증가하는 추세다.
미세먼지 저감 차원에서 석탄화력 발전이 LNG발전으로 대체되는 상황에서 가스터빈의 효율을 높이기 위해 연료로 사용되는 LNG에 수소를 혼합하려는 시도가 이어지고 있는데, 현재 수소의 혼합비율을 약 60% 까지 높인 사례가 발표되고 있다.
최근 9년간 국내 특허출원동향을 살펴보면 한전 등 발전사가 수소 가스터빈에 대한 특허출원을 주도하고 있고, 대우조선해양 및 일본 미츠비시가 뒤를 따르고 있다. 반면 현재 가스터빈 시장을 선도하고 있는 미국 지멘스, 이탈리아 알스톰이나 두산중공업은 저조한 실정이다.
상당수 전문가들이 2030년경에는 수소 가스터빈의 보편화 및 상업화가 가능할 것으로 예상한다는 점에서 이 기술 분야에 대한 투자는 기술발전의 초기 단계에서 독자적인 원천기술을 선점할 수 있는 좋은 기회라는 판단이다.
수소 가스터빈에 관한 특허출원을 기술 내용별로 살펴보면 ▶석탄 등 화석연료에서 추출된 수소를 활용하는 기술 ▶연료전지와 수소 가스터빈을 통합해 발전하는 기술 ▶고화염전파 특성 및 고발열량의 활용을 위한 LNG와 수소의 혼합비를 결정하는 기술 ▶수소 연료 분사노즐 설계 ▶연소실의 배치 및 형상 설계 등이 주류를 이루고 있다.
향후 생산된 수소를 생산, 운반, 저장하는 기술과 더불어 가스터빈에서 발생하는 공해물질인 질소산화물을 줄이기 위해 LNG와 혼합비율, 연료분사 노즐 및 연소실 구조 개선에 관한 방향으로 기술개발이 전개될 것으로 보인다.
이 같은 수소 가스터빈 기술발전 추세를 감안할 때 향후 대부분 LNG발전소에서 수소를 발전연료로 사용할 수 있게 될 전망이다.
조지훈 특허청 동력기술심사과장은 “현재, 수소 가스터빈 관련 연간 출원건수는 10건 미만에 불과하지만 수소경제에 대한 관심과 관련 인프라 확충에 따라 이 분야의 특허출원이 점차 늘어날 것으로 예상된다”며 “이를 통해 에너지 자립에도 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
채제용 기자 top27@e2news.com