[더리포트] 2030년경 상용화 될 것으로 전망되고 있는 수소 가스터빈에 대한 특허출원이 점차 늘고 있다. 수소 가스터빈은 높은 발열량과 CO2 배출량이 전혀 없는 친환경 에너지원으로 주목받는 수소를 연소촉매로 사용해 전력을 생산하는 시스템이다.

특허청(청장 박원주)에 따르면, 발전용 수소 가스터빈 관련 특허는 최근 9년간(‘11~’19년) 총 36건이 출원됐다. 매년 2건 정도에 불과했으나 2015년 이후에는 6~7건으로 수치상으로는 세 배 늘었다.

특허청에 따르면 2018년 기준으로 LNG 발전은 우리나라 전체 발전량의 26.8%로 석탄화력발전(41.8%)에 이어 두 번째로 높은 비중을 차지하고 있다. 최근 미세먼지 저감을 위해 석탄화력 발전을 LNG 발전으로 점차 대체하고 있어, 향후 LNG 가스발전의 비중은 더욱 확대될 것으로 예상되고 있다.

이러한 가운데, LNG 가스터빈의 효율을 높이기 위하여 연료로 사용되는 LNG에 수소를 혼합하려는 시도가 있어왔다. 현재 수소의 혼합비율을 약 60% 정도까지 높인 사례가 발표되고 있으며, 이러한 기술 발전 추세를 감안할 때 많은 전문가들이 2030년 경에는 수소 가스터빈의 보편화 및 상업화가 가능해진다. 이 때는 대부분의 LNG 발전소에서 수소를 발전연료로 사용할 수 있게 될 것으로 보인다.

 최근 9년간 국내 특허출원동향을 살펴보면, 한전 등 발전사가 수소 가스터빈에 대한 특허출원을 주도하고 있고, 대우조선해양 및 미츠비시(日)가 그 뒤를 따르고 있다. 반면 현재 가스터빈 시장을 선도하고 있는 지멘스(美), 알스톰(伊), 두산중공업은 저조한 특허출원 동향을 보이고 있어, 아직 수소 가스터빈 기술에 대한 뚜렷한 방향성은 나타나고 있지 않다.

수소 가스터빈에 관한 특허출원을 기술 내용 별로 살펴보면 △석탄 등 화석연료에서 추출된 수소를 활용하는 기술 △연료전지와 수소 가스터빈을 통합하여 발전하는 기술 △고화염전파 특성 및 고발열량의 활용을 위한 LNG와 수소의 혼합비를 결정하는 기술 △수소 연료 분사노즐 설계 △연소실의 배치 및 형상 설계에 관한 것 등이 주류를 이루고 있다.

이와 함께 앞으론 생산된 수소를 생산, 운반, 저장하는 기술과 아울러 가스터빈에서 발생하는 공해물질인 질소산화물을 줄이기 위해 LNG와 혼합비율, 연료분사 노즐 및 연소실 구조 개선에 관한 방향으로 기술개발이 전개될 것으로 전망된다.

특허청 조지훈 동력기술심사과장은 “현재, 수소 가스터빈 관련 연간 출원건수는 10건 미만에 불과하지만, 수소경제에 대한 관심의 증가 및 관련 인프라의 확충에 따라, 향후 이 기술분야의 특허출원은 점점 증가할 것으로 예상된다”고 밝혔다.