22일 특허청에 따르면, 발전용 수소 가스터빈 관련 특허는 최근 9년간(2011년~2019년) 총 36건이 출원됐다. 매년 2건 정도에 불과하던 것이 2015년 이후에는 6~7건으로 늘었다.
2018년 기준으로 LNG 발전은 우리나라 전체 발전량의 26.8%로 석탄화력발전(41.8%)에 이어 두 번째로 높은 비중을 차지하고 있다. 미세먼지 저감을 위해 석탄화력 발전을 LNG 발전으로 점차 대체하고 있어 향후 LNG 가스발전의 비중은 더욱 확대될 것으로 예상되고 있다.
가스터빈의 효율을 높이기 위해 연료로 사용되는 LNG에 수소를 혼합하는 시도도 늘고 있다. 현재 수소의 혼합비율을 약 60%정도까지 높인 사례도 발표되고 있다. 수소 가스터빈 기술 발전 추세를 감안하면 향후 대부분의 LNG 발전소에서 수소를 발전연료로 사용할 수 있을 것으로 보인다.
최근 9년간 국내 특허출원동향을 살펴보면, 한전 등 발전사가 수소 가스터빈에 대한 특허출원을 주도하고 있고 대우조선해양(한국) 및 미츠비시(일본)가 뒤를 따르고 있다.
반면, 현재 가스터빈 시장을 선도하고 있는 지멘스(독일), 알스톰(프랑스), 두산중공업(한국)은 저조한 특허출원 동향을 보이고 있어, 아직 수소 가스터빈 기술에 대한 뚜렷한 방향성은 나타나고 있지 않다.
허나 다수 전문가들이 2030년경 수소 가스터빈의 보편화·상업화가 가능할 것으로 예상하고 있어 이 기술분야에 대한 투자는 기술 발전의 초기 단계에서 독자적인 원천기술을 선점할 수 있는 좋은 기회로 보인다.
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 형상설계에 관한 것이 주류를 이루고 있다.
향후에는 생산된 수소를 생산, 운반, 저장하는 기술을 포함해 가스터빈에서 발생하는 공해물질인 질소산화물을 줄이기 위해 LNG와 혼합비율, 연료분사 노즐 및 연소실 구조 개선에 관한 방향으로 개발이 전개될 것으로 보인다.
특허청 조지훈 동력기술심사과장은 “수소 가스터빈 관련 연간 출원건수는 10건 미만에 불과하지만 수소경제에 대한 관심 증가와 인프라 확충에 따라 특허출원은 점점 증가할 것으로 예상된다”라며 “온실가스 감축, 미세먼지 절감, 화석연료에 대한 에너지 의존도 감소를 통한 에너지 자립에도 기여할 수 있을 것으로 본다”고 말했다.