[기고] 미래 에너지신기술 연구과제와 방향은?
[기고] 미래 에너지신기술 연구과제와 방향은?
  • 신상길 에너지신문 논설위원
  • 승인 2021.02.09 14:40
  • 댓글 0
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신상길 에너지신문 논설위원.
신상길 에너지신문 논설위원.

[에너지신문] 현대차와 애플의 ‘i-애플화(자율주행화를 애플위주의 합작)’는 좋은 표현으로 현대 포니(국민차)를 경험한 국민들이라면 수용하기 어려울 것이다.

결론적으로 애플은 시중에서 회자되고 있는 기아차—애플 공동으로 완벽한 형태의 자율주행전기차(속칭 로봇전기차)를 우선적으로 미국내에서 개발, 생산보급함으로써 양국을 대표하는 IT-자동차기업이 새로운 작품을 상용화했으면 좋겠다.

자율주행차를 위한 연구과제는 컴퓨터나 워크스테이션에 의해 시스템이 조정되는 것이 아니고  애플이 자랑하는 ‘i-스마트폰-II(자율주행차량용i-PhoneBox)’을 개발, 로봇전기차에 탑재하고자 할 것이다. 이를 특허화하면 세계적인 작품이 될수있을 것이라 생각한다. 

즉 로봇전기차는 보다 정밀한 자율주행스마트폰-II에 의해 차량운전과 제어를 동시에 수행할수 있도록 디자인돼야 하기 때문이다.

또는 i-Phone의 통신전달기능을 지역중계센터와 연결해 중앙제어실의 인공위성형 도시지리정보시스템 명령을 받는 지리중앙통제시스템 ICT-Box을 탑재한 로봇차량 일수도 있다. 이것이 애플의 ‘연구과제1’이다. 에플은 컴퓨터보다 스마트폰의 경험을 토대로 자율주행차 자동화를 선호할것이다.

다음 해결해야 하는 연구과제2는 연료전지에 관련된 과제로서 훨씬 까다로운 과제라 할 수 있다. 연료전지 관련 연구분야는 연료공급과 본체설계, 발전후처리, 배기가스, 가스저장 등이 속해 있다.

만일 수소 대신 도시가스(메탄가스)로 연료교체가 가능해지면  결론적으로 수소전기차 보급은 단시간내 현재 내연기관차 수준으로 증가할 것이다. 즉, 향후 핵심 연구활동의 과제가 무엇인 지 알 수 있다.

수소미래차의 운명은 메탄연료전지차용 메탄연료전지를 누가 먼저 상용화시키고 동시에 저렴한 가격의 수소차를 생산공급할수 있는지에 달려있다고 할 수 있다.

왜냐하면 메탄기스는 가장 저렴한 가스연료이기 때문이다. 메탄가스(천연가스, 바이오가스 등)의 가채 매장량은 약 600~900년(현년간소비량기준) 정도로 추정되며, 여기에 세일가스까지 더하면 천연가스 가채매장량의 수십 내지 백배가 늘어날 것으로 보고 있다. 그리고 충진소 또는 주유소없이 가스를 집에서 충진할수도 있어 활용성은 더욱 커질 것이다. .
  
메탄연료전지 상용화를 위해서는 결코 쉽지 않은 과정을 넘어야 한다. Gas-Phase Combustion Chemistry, W.C.Gardiner, Jr에 의하면 메탄가스의 연소 또는 이온화공정의 메커니즘은 매우 복잡하며, 연쇄반응의 개별메카니즘을 분리‧분석하는 것은 현재 기술수준에서는 간단히 해결할 수 없는 상황이다.

그러나 영원히 불가능한 것은 아니다. 만약 IT, AI기술에 빅데이터와 특히 초정밀 전자현미경 복합측정이 더해지면 구조적 해석이 가능해질 것이라 전망한다.

수소 대신 다원소 이온화반응은 여려개의 유리전자를 발생시켜 결국 수소차의 셀단위당 마력수를 증가시킬 것이다. 이는 수소충전소 없는 지방 및 공단지역의 화물수송중트럭, 건설중장비, 트레일러 견인 차량용으로 주목받을 수 있다.

또한 중소도시나 발전소로부터 멀리 떨어져 있는 산간지역의 스마트팜 집단시설과 축산단지의 축산가공단지 및 연근해도서지역, 원거리 섬지역용 분산전원으로 적합한 간이발전설비가 될 수 있다.

연료전지 관련 기술발전은 기존 발전기업인 한국전력과 LNG공급기업인 가스공사 메탄연료전지 개발 주관 기업화해 정부책임하에 성공시켜야 한다고 생각한다.

이렇게 완성된 기술은 정부 심사를 거쳐 중견기업에 특허와 경험을 개방, 새로운 수출산업으로 육성발전시킬수도 있을 것이다. 동시에 수소전기차의 선도기업인 현대자동차그룹과 에너지공기업을 경쟁시켜 수소차 국가사업을 주변국과 비교, 기술력을 회복하고 국제사회에서의 경쟁력을 키우는 계기가 돼야 한다.  이러한 과정이 그린뉴딜의 대표사례가 될 것이다.
 
제3과제는 수소생산, 저장 및 수송기술 개발과제다. 수소생산‧저장 및 수송문제는 결코 쉽지 않은 다분야 복융합과제며, 수소생산은 역사가 깊은 연구 과제라 할 수 있다.

현재 수소생산공정은 △습식 전기분해(수전해공정) △암모니아생산용 스팀개질 △FCCU(석유촉매열분해) 등이 가장 많이 언급되고 있다.

이를 제외하고 유망한 미래 수소공정은 △Kerogen(샌드오일, Bitumina, Orinoco-Tar 등)의 건류식열분해공정 △Licht Bogen Acetylen 합성공정 변형인 메탄 환원공정 △GTL(Gas-to-Liquide) 에티렌 합성공정 부산물 인 수소분리공정 등이 존재한다. 

특히 GTL 에티렌합성공정은 두개의 메탄 촉매를 흡착시킨 원통형멤브레인-반응로(원통형, 판막형) 에서 에티렌과 수소를 생산하는 메탄합성 공정으로, 납사크레크를 대체할 수 있는 에너지저소비형 친환경 공정이며, 기초연구 20년을 거쳐 현재 상용화 단계에 와있다.

제4과제는 전통적인 연구과제가 아닌 비전통 센서 관련 연구과제다. IT 강국인 우리나라는 각종 반도체생산을 위한 웨이파와 중간제품을 많이 생산하고 있다. 이들 중간제품과 최종제품사이에는 기업의 비공개 사항이지만 불합격 중간제품이 존재한다.  

이들 중간제품이 연구대상이다. 에너지분야에서 가장 많이 이용되는 5감센서를 찾아내고자 하는 것이 ‘반도체형 5감센서 및 센싱’ 연구다. 전통적인 센서연구에서는 불가능하나 비전통적인  금속구조의 변이현상에서는 외부에서 특정 에너지주파수의 충격정도 또는 전자흐름의  진폭을  기존 스펙크로메터으로 가시화하면 반은 성공이라고 생각한다.

스펙트럼 주파수형상의 정석적, 정량적 분석을 위한 새로운 형태의 수식화는 전문가의 활동분야이다. 단지 반도체원리에 더해 고전적인 과학분야가 융합해 문제을 풀면 폐반도체를 활용한 5감센서를 얻울수 있을 것이다.

해당과학 기술분야는 Rheology(자연현상의 수식화 이론),  Tribology(마찰학, 마찰에 관한 학술) 그리고 뎀콜러 유사론(이공계 반응현상의 이론적 유사성관련 법칙) 등을 혼합 정리하면 외부 전위충격의 결과 우리가 원하는 5감관련 신호를 얻게될수 있을 것으로 예상한다.  


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