창립 40주년 전기연구원 ‘4차 산업혁명 요람’ 자임

[이투뉴스] 1976년 국가공인시험기관으로서 출발해 세계 최고수준의 전기전문 연구기관이자 과학기술계 대표 정부출연연구기관으로 성장한 한국전기연구원(KERI. 원장 박경엽)이 올해로 창립 40주년을 맞는다. 연구원은 미래창조과학부 국가과학기술연구회 소속으로 현재 경남 창원에 본원을, 경기 안산과 의왕에 2개 분원을 두고 있다. 전체 임직원은 610여명이다.

KERI는 창립 40주년인 올해 다가오는 4차 산업혁명 시대를 이끌 핵심기술 요람으로 관련 연구개발에 집중한다는 계획이다. 이와 관련 올초 박경엽 원장은 로봇과 에너지, 의료기기 산업이 국내 산업과 R&D의 핵심분야가 될 것으로 보고 관련 중장기 연구에 투자를 집중할 계획이라고 밝힌 바 있다.

앞서 지난 3월 ㈜인더스마트, 중앙보훈병원, 한국과학기술연구원(KIST), 서울대학교병원 등과 함께 체결한 ‘스마트 의지(義肢) 개발 협약’도 그 일환이다. 이들 분야는 KERI가 이미 기반 기술을 확보하고 있으나 국가·사회적으로 파급효과가 크므로 세계를 선도할 수 있는 연구성과를 창출하겠다는 각오다. 4차 산업혁명 시대 핵심기술 요람을 자임한 연구원의 최근 연구성과를 들여다 봤다.

국가·사회적으로 파급효과 큰 분야서 세계적 성과 
KERI는 실현 가능하면서도 대규모 파급효과가 기대되는 연구과제를 집중 선정해 연구개발에 매진해 왔다. 이를 통해 첨단 전기기술을 보다 손쉽고, 안전하고, 편리하며, 지속적으로 이용할 수 있는 환경을 구축, 국민의 풍요로운 삶 실현에 기여하는 일류 연구원으로 자리매김한다는 구상이다.

중심연구 분야는 차세대전력망과 신재생에너지, 초고압직류송전(HVDC), 전기추진 및 산업응용 기술, 나노신소재 및 배터리, 전기기술 기반 융합형 의료기기 등이다. KERI는 공익과 관련된 이들 분야에서 선진국과 경쟁이 가능한 대형 원천기술을 이미 다수 확보해 국가산업발전에 기여하고 있다.

주요 연구성과는 ▶765kV 초고압 전력설비 국산화 ▶차세대 전력계통운영시스템(EMS) ▶원전 계측제어시스템(I&C) ▶한국형 배전자동화(KODAS) 기술 ▶펨토체 레이저 광원 기술 ▶자기부상열차 자기부상제어시스템 ▶전기차용 탄화규소(SiC) 전력반도체 공정 기술 ▶고압직류송전(HVDC)용 직류차단기 기술 등이다.

KERI는 전력기기에 대한 국가공인시험인증기관이자 세계 3대 국제공인시험인증기관으로도 세계적 경쟁력과 신뢰성을 인정받고 있다. 세계 중전기기 산업계의 'G10'이라 불리는 ‘세계단락시험협의체(STL)’ 정회원 자격을 취득, 국내 중전기기업체가 KERI의 시험성적서로 해외시장을 진출할 수 있는 길을 열었다.

아울러 최근에는 중전기기 산업계의 오랜 숙원이었던 4000MVA 대전력설비 증설을 성공적으로 마무리 했다. 연구원은 2025년까지 세계 최고 시험인증기관으로 입지를 굳힌다는 구상이다.

HPEMP 방호소자 생산기술 개발 

KERI는 작년 11월 고출력 전자기펄스(HPEMP. High Power Electromagnetic Pulse) 및 직격뢰로부터 핵심시설물을 보호하는 바리스터(Varistor) 제조기술을 국산화 하고, 관련 전문기업인 ㈜아이스펙에 기술을 이전했다. 착수기술료 5억5000만원에 해당 부품 매출액에 따른 일정비율의 경상기술료를 지급받는 조건이다.

연구원에 따르면, 기상이변과 낙뢰 발생의 증가로 각종 기간시설물 및 전자기기에 대한 낙뢰피해가 급증하고 있다. 또 최근 불안한 국제정세 및 남북관계 상황과 소형·경량 고출력·광대역 전자기펄스 발생시스템 기술 발달로 국가기간시설에 대한 은밀한 HPEMP 공격위협이 증가하고 있다. 하지만 관련 기술은 국가 안보 차원의 기술보안(수출금지)으로 국가간 기술교류가 불가능한 분야다.

KERI 전기환경연구센터가 개발한 기술은 HPEMP 보호장치 및 서지보호기(SPD)의 핵심소자인 바리스터 제조기술이다. 연구팀은 그동안 축적한 기반기술을 바탕으로 공정 프로세스에 필요한 설비를 구축하고, 국내에서 유일하게 바리스터 상용화 경험이 있는 외부전문가와 협업해 단일소자의 형태의 50kA(킬로암페어)급의 대용량 바리스터 생산기술을 확보했다.

현존하는 단일소자 대용량(Iimp) 바리스터 중 최대 전류내량인 50 kA로 기존소자(25 kA)보다 2배 크다. 단일소자 형태의 바리스터로는 세계 최고 에너지내량성능을 갖고 있어 해외시장에서 경쟁우위를 확보할 것으로 기대를 모으고 있다.

전기차 에너지효율 높일 SiC 전력반도체 기술이전

KERI가 최근 개발한 ‘고효율 신소재 탄화규소(SiC) 전력반도체’는 전기차의 에너지 효율을 획기적으로 올릴 수 있는 핵심 부품 기술이다. 전력반도체는 높은 전압과 큰 전류를 제어 및 조절하는 반도체로, 사람의 몸으로 치면 근육과도 같은 역할을 한다. 현재는 실리콘(규소) 반도체가 장악하고 있다.

탄화규소(SiC) 전력반도체를 전기자동차에 적용하면 배터리의 전력을 덜고 차체의 무게와 부피도 줄일 수 있어 약 5%이상의 연비 증가를 기대할 수 있다. 지난해부터 사업화를 위한 지속적인 기술지원을 제공하고 있으며, 올해부터 양산화를 진행할 예정이다.

전기전자소자용 잉크기반 다중소재 3D프린팅 기술 개발
3차원 프린팅에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 KERI는 그래핀과 탄소나노튜브(CNT), 금속 등 다양한 소재를 이용하여 머리카락보다 훨씬 가는 굵기의 3차원(3D) 기능성 구조체를 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술들도 세계 최초로 개발했다.

이 기술은 고해상도, 고전도도를 갖는 탄소나노튜브 3차원 마이크로 구조물 제작이 가능한 CNT 잉크 및 3D 프린팅 기술이다. 3D 프린팅용 무가열 은(Ag) 잉크도 개발돼 별도의 열처리가 필요없이 전도도를 갖는 잉크로 열에 취약한 기판(장갑, 고분자)에 전기배선 프린팅이 가능하다.

초미세 노즐과 잉크 역할을 하는 ‘산화 그래핀’, ‘탄소나노튜브(CNT)’ 용액을 활용해 마이크로 및 나노미터급의 극미세 3차원 구조체를 간단한 공정으로 제작할 수 있다. 이 기술을 통해 제작된 그래핀, 탄소나노튜브 미세 구조체는 전기 전도성이 뛰어나 전기가 잘 통하고, 화학적·구조적 안정도가 높다. 열적·기계적 특성도 우수하여 휘거나 구부러지는 등의 충격에도 강한 특성을 갖는다.

KERI는 올해 해당 기술에 대한 특허 확보 및 관련업체와의 기술이전을 거쳐 ‘3D 프린터’를 조기 상용화 한다는 계획이다.

이상복 기자 lsb@e2news.com