석유·석탄의 대체 에너지원으로서의 수소. 수소의 원료인 물이 많고, 연소하더라도 연기를 뿜지 않는 등 수소는 미래의 무공해 에너지원으로서 중시되며, 인류 궁극의 연료로 지목되고 있다. 1973년 말의 석유 위기 이래 각국에서 활발히 전개되고 있는 탈(脫)석유기술 개발에는 수소에너지 개발도 포함되어 있다.

현재 세계의 수소 소비량은 수백 억 m3에 달하지만 대부분 석유탈황(石油脫黃), 암모니아 제조 등 화학공업부문의 원료적인 것으로 쓰이며, 그 제조기술이 물을 원료로 해서 값싸게 대량생산할 단계에 아직 이르지 못하고 있으므로 열원(熱源)으로서의 이용도는 아주 낮은 편이다.
따라서 각국은 그 제조기술 개발에 노력하고 있는데, 현재 연구되고 있는 주된 제법으로서는 우선 원자력발전의 전력으로 물을 전기분해하는 방법이 있지만 효율이 나쁘고 핵연료를 쓴다는 난점이 있다.

또 여러 종의 물질을 결합시키고 원자로의 열을 이용해서 여러 단계의 화학반응을 일으켜 최종적으로 물을 수소와 산소로 분리시키는 열화학사이클법이 연구되고 있지만 설비 투자가 많은 것이 흠이다. 한편 어떤 물질에 물을 작용시키고 태양빛을 쬐어 광화학반응(光化學反應)을 일으키거나, 물 속의 반도체에 태양빛을 쬐어 물을 직접 분해하는 등 태양에너지의 이용방법도 연구되고 있다.

이 밖에 고온의 수증기를 용융로 안에서 전기분해하는 방법, 방사선을 써서 물의 분자를 분단하는 방법, 물을 원자로나 태양로에서 3,000 ℃의 고온으로 분해하는 방법 등도 생각할 수 있다.

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□ 최근 원유가가 배럴당 50달러 가까이 치솟는 등 고유가 행진이 지속되고 있지만, 석유 등의 화석연료는 아직까지 우리의 주에너지원으로 자리매김하고 있다. 이러한 화석연료는 매장량이 한정되어 있고 사용후 재생이 불가능하며 연소시 발생되는 각종 공해물질로 인해 환경문제를 야기하고 있어 전 세계가 대체에너지의 필요성을 절감하게 되었고 향후 화석연료를 대체할 수 있는 가장 가능성이 높은 것으로 수소에너지가 주목받고 있다.

 o 수소는 연소시 공해물질을 거의 배출하지 않고, 물을 원료로 제조할 수 있는 무한한 에너지원이며, 가스나 액체로서 쉽게 수송할 수 있고 고압가스, 액체수소, 금속수소화물 등의 다양한 형태로 저장이 용이하다. 수소를 산소와 반응시켜 발생시킨 열 또는 전기 에너지의 형태로 한 수소에너지는 가정, 전자, 철강 등 산업, 자동차 등 수송 분야로의 다양한 이용방법은 제시되어 있으나 아직까지 수소의 제조 및 저장기술이 확립되어 있지 않으므로 실용화된 사례는 없다.

 o 수소에너지로의 활용을 위한 수소는 대부분 안정한 화합물 형태로 존재하고 있으므로 수소를 제조하기 위해서는 그 화합물을 분해하여야 하는데 이와 관련된 기술은 수소함유 화합물의 종류 및 분해방법에 따라 구분할 수 있다. 수소함유 화합물로는 화석연료와 물이 있으며 먼저 화석연료를 분해하기 위한 방법으로 고온에서 직접 열분해, 촉매를 이용한 수증기 개질 등이 있고, 물을 분해하기 위한 방법으로는 반응성이 높은 금속을 이용하는 기술, 빛이 조사되면 강력한 산화-환원작용을 일으키는 광촉매 및 태양에너지를 흡수하여 물과 유기물로부터 수소를 발생시키는 미생물을 이용하는 기술 이외에도 물을 고온에서 분해시키는 원자력을 이용한 기술 등이 있다.

 o 현재, 상용화된 기술로 화석연료로부터 수소를 제조하고 또한 이를 액체나 고체로 저장하는 기술이 있으나 이는 화석연료로부터 수소를 제조하는 것이므로 미국, 유럽, 일본 등 선진국에서는 막대한 예산과 인력을 투입하여 광촉매 또는 미생물을 이용하여 물로부터 수소를 제조하는 등 미래의 에너지인 수소에너지 기술개발에 사활을 걸고 있다.

□ 특허청 자료에 의하면,

 o 수소제조 관련 특허출원은, 1970년부터 2003년까지 34년간 총 96건으로, 이 중 1999년부터 2003년까지 최근 5년간 특허출원이 64건, 총 출원의 66.7%를 나타내고 있으며 특히 2000년 이후부터 연평균증가율 46.4%의 급격한 증가추세를 기록하고 있어 이는 최근 대체에너지 및 환경에 대한 관심 제고로 수소제조 관련 출원이 증가하고 있음을 알 수 있다.

 o 기술분야별 출원동향을 살펴보면, 수소제조 관련 총 출원건수 96건 중 화석연료의 개질 66건, 금속수소화물의 촉매작용 가수분해 9건, 금속과 물의 산화환원반응 8건 등의 순이며, 화석연료의 개질에 관한 출원이 전체 수소제조기술관련 출원에서 차지하는 비중은 68.8%이나 1998년 이전의 81.3%에 비해 현저히 낮아지고 있는 추세이며 이는 최근 수소제조에 관한 화석연료개질 이외의 여러분야에서 연구가 활발히 진행되고 있음을 반영하고 있다.
 o 수소제조 관련 내외국인 출원 동향은 총 96건 중 내국인 출원이 26건으로 27.1%, 외국인 출원이 70건으로 72.9%를 차지하고 있다. 또한 기술 동향을 보면 내외국인 모두 화석연료의 개질에 관한 기술이 대부분을 차지하고 있으며 그 밖에 내국인은 광촉매를 이용한 물의 분해, 금속과 물의 산화환원반응 등의 순이며 외국인의 경우 금속수소화물의 촉매작용 가수분해, 금속 물의 산화환원반응 등의 순으로 되어있다.

□ 향후전망 우리나라를 비롯한 세계 각국은 환경을 황폐화시키는 화석연료로부터 벗어나 건강한 환경과 에너지라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있는 수소에너지의 연구 개발에 총력을 기울이고 있다. 수소에너지와 관련하여 미국, 독일 등 선진국도 부분적으로 상용화된 분야를 제외하고는 아직까지 연구 및 개발이 초기단계에 머물고 있고 우리나라 역시 2003년도에 연료전지를 10대 성장동력의 하나로 선정, 기술개발에 박차를 가하고 있는 만큼 이 분야에 관한 많은 연구 및 개발이 이루어진다면 기술우위를 통한 국가경쟁력 향상에 이바지 할 것으로 예상된다.

 * 문의 : 특허청 화학생명공학국 무기화학심사담당관실 이재석 사무관(042-481-8189)