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[IT뉴스][대체불가 K테크] ⑤"AI 데이터센터·3대 메가프로젝트 병용 에너지원에 수소가 제격"

온카뱅크관리자

2026-10-01 11:57:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 남석우 KIST 청정수소융합연구소장 "생산·저장·활용 융합" 
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 남석우 한국과학기술연구원(KIST) 청정수소융합연구소장. KIST 제공
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 [편집자 주] 미국과 중국을 중심으로 인공지능(AI), 반도체, 휴머노이드 로봇, 수소경제, 우주 기술 등을 둘러싼 경쟁이 갈수록 치열해지고 있다. 얼마 전까지만 해도 첨단 과학기술은 산업 경쟁력과 미래 성장동력의 토대로 여겨졌지만 이제 국가의 미래와 안보까지 좌지우지하는 핵심 요소다. 동아사이언스는 종합 출연연으로 올해 설립 60년을 맞아 국가 과학기술 난제 연구에 도전하는 한국과학기술연구원(KIST) 임무중심연구소 연구 현장을 찾아 기술패권 경쟁 속 한국의 현주소를 진단하고 미래 전략을 모색한다.
 인공지능(AI) 데이터센터와 반도체 생산시설 확대 등으로 미래 전력 수요가 폭증하면서 수소가 재생에너지의 간헐성을 메꿔줄 유연 에너지원으로 떠올랐다. 원자력 등 여러 에너지원이 조화롭게 어우러지는 에너지믹스 속에서 수소의 수요처를 선별해 실질적인 역할을 찾는다는 관점이다.
 한국과학기술연구원(KIST) 본원에서 만난 남석우 KIST 청정수소융합연구소장은 "과거 한국을 포함한 전세계 수소경제 정책은 다소 일방적으로 수소의 사용량을 늘리는 데 집중했다"며 "지금은 거품이 꺼진 게 아니라 구조조정 단계"라고 진단했다.
 ● "수소, 장기저장 용이하고 공급 빨라"
 국내에서는 AI 데이터센터 확대와 3대 메가프로젝트 계획 등으로 전력 확보가 시급한 과제로 제시된다. 주로 재생에너지 확대를 통해 이를 충당하려는 움직임이 있지만 일사량과 바람의 세기에 의존하는 재생에너지는 간헐성 때문에 수요와 공급이 일치하지 않으면 규모가 클수록 버려지는 전기가 많이 발생한다.
 남 소장은 "생산된 에너지의 단기간 저장은 배터리로 가야 하지만 36시간 이상 장기 저장할 필요가 있다면 수소가 다른 어떤 에너지원보다 낫다는 것이 저희의 계산 결과"라고 설명했다.
 데이터센터 건설에는 약 2~3년 짧은 기간이 소요되지만 이에 맞춰 발전설비와 송전망을 새로 구축하는 데는 더 오랜 시간이 걸릴 수 있다. 남 소장은 연료전지가 상대적으로 빠르게 구축할 수 있는 분산형 발전 수단이라는 관점을 제시했다. 
 남 소장은 "수소연료전지 발전소는 9개월이면 지을 수 있어 공급이 빠르다"며 "초기에는 액화천연가스(LNG) 등 기존 연료를 활용하더라도 청정수소로 전환하면서 탈탄소화에 기여할 수 있다"고 말했다.
 이어 "한국에는 산업 자체에 수소가 원료로 직접 투입되는 곳도 많다"며 "에너지 믹스 속에서 조화롭게 어우러지는 게 수소 경제의 목표가 아닐까 한다"고 밝혔다.
 ● '열적 통합'으로 수소 생산·저장·활용 묶는다
 청정수소융합연구소에서 주력하는 관점은 '융합'이다. 일반적인 수소 연구는 생산, 저장, 운송, 활용 등 개별 기술에 초점을 맞추는 경우가 많다. 실제 수소를 사용하려면 생산한 수소를 저장하고 다른 곳으로 운송한 뒤, 저장된 물질에서 다시 수소를 추출해 활용해야 한다. 개별 기술의 성능이 아무리 좋아도 공정과 공정 사이에서 에너지 손실이 발생한다는 뜻이다.
 남 소장은 "수소 생산과 저장의 융합, 수소 저장과 활용의 융합을 중점적으로 추진하고 있다"며 "물리적으로 모으면 의미가 없고 열적으로 통합이 돼야 한다"고 설명했다. 개별 기술 분야에서도 경쟁력을 확보하고 있지만 생산·저장·활용 연구를 함께 수행하면서 기술 간 통합하는 데 차별성이 있다는 것이다.
 연구소의 핵심 기술 중 하나는 암모니아와 고온 연료전지 결합이다. 일반적으로 암모니아에 저장된 수소를 연료전지에서 사용하려면 암모니아를 별도 설비에서 분해해 수소를 얻어야 한다. 
 암모니아를 분해해 수소를 얻을 때 열이 필요하고 연료전지는 작동하면서 열을 발생시킨다. 둘을 결합하면 암모니아를 이용해 연료전지에서 전기를 생산하면서 발생하는 열을 활용해 추가로 암모니아를 분해하고 수소를 얻을 수 있다는 아이디어다.
 남 소장은 "전기 생산용 반응기이면서 동시에 수소 생산용 반응기"라며 "전력 수요가 많을 때는 전기 생산 비중을 높이고 수소 공급이 필요할 때는 수소 생산 비중을 높이는 방식의 운전이 가능하다"고 말했다.
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 <img alt="왼쪽부터 윤경중 KIST 수소에너지 소재연구단장, 남석우 소장, 유성종 수소·연료전지연구단장. KIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/01/dongascience/20261001114746864hofu.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="4Ysxbcu5nA" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/01/dongascience/20261001114746864hofu.jpg" width="658">
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 왼쪽부터 윤경중 KIST 수소에너지 소재연구단장, 남석우 소장, 유성종 수소·연료전지연구단장. KIST 제공
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 연구소는 유기물과 금속을 이용한 수소 저장 기술을 개발하고 있다. 먼저 유기물에 수소를 결합시키는 방식은 액체 상태의 저장체를 기존 석유 운송 인프라와 유사한 방식으로 취급할 수 있다는 장점이 있다. 기존 유조선이나 주유소 등 액체 연료 인프라를 활용할 수 있다는 것이다.
 유기물 기반 저장 공정을 수전해와 결합하면 저장 과정에서 발생한 열을 수전해에 활용해 전체 시스템의 효율을 높일 수 있다.
 남 소장은 호주에서 태양광 발전량이 많아 전력 가격이 마이너스가 되는 시간대가 발생한다는 점을 예로 들며 남는 전력을 이용해 수전해로 수소를 생산하고 이를 암모니아나 유기물 형태로 저장해 한국으로 운송하는 구상도 제시했다.
 금속 기반 저장체는 무겁기 때문에 장거리 운송보다 특정 장소에 수소를 저장해두고 오랜 기간 사용하는 용도에 적합할 것으로 예상된다.
 귀금속 사용량 저감, 대규모 생산 시스템 구축 등 저비용 수전해 기술 확보를 바탕으로 2033년 수소 생산단가 kg당 1달러가 목표치다. 수소 장주기 저장은 2030년 하루 100kg, 100시간 이상 저장 실증을 통해 상용화 기반을 마련한다. 2033년 메가와트(MW, 전력의 단위)급 유연 연료전지 솔루션을 완성하는 것이 최종 목표다.
 ● 국내 실증과 해외 생산 병행해야
 한국이 수소 생산부터 활용까지 모든 과정을 국내에서 해결하려는 접근은 경제적 한계가 있다는 평가다. 국내 재생에너지 발전 여건과 전력 가격을 고려하면 수전해로 값싼 그린수소를 대규모 생산하는 데 불리한 조건이라는 것이다.
 남 소장은 국내에서는 기술 개발과 대규모 실증을 통해 실적을 확보하고 해외에서는 이를 바탕으로 생산설비를 건설하는 전략을 제시했다. 특히 대규모 산업용 수소의 경우 재생에너지 가격이 저렴한 국가에서 생산한 뒤 한국으로 수입하는 방식을 제안했다.
 한국 기업이 해외에 진출해 수전해 플랜트와 저장시설을 구축하고 현지에서 수소 또는 수소 저장체를 생산한 뒤 국내로 운송하는 방식이다. 생산설비와 기술을 수출하고 해외 수소 공급망 구축에도 참여하는 구상이다.
 국내에서도 지역 내에서 생산한 수소를 바로 사용하거나 해외 공급이 어려운 지역 등 특수한 수요를 위한 자체 생산은 필요할 수 있다는 설명이다.
 수소경제가 자리 잡기 위해서는 기술개발과 함께 기업을 중심으로 실제 수요가 창출되는 것이 핵심이다. 남 소장은 "산업적으로 성장해야 하는데 앞이 보이지 않으면 기업은 참여하지 않는다"며 "정책이 장기간 예측 가능하게 유지되는 것이 중요하다"고 말했다.
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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