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▲ 수소와 소재용도에 최적화된 맞춤형 소재를 개발하기는 어렵지만, 일단 성공하면 그 효과는 대단히 크다. 사실 소재 분야의 경쟁력 확보는 전체 사업의 성패를 좌우할 정도로 중요한 것임에도 용도에 적합한 소재 개발은 많은 시간과 돈을 필요로 하므로 섣불리 시작하기도 어렵다.특히 환경 및 에너지 문제 해결에 적합한 소재가 그러하다. 아직도 소재에서는 해외의존도가 커서 애써 돈벌어 남의 주머니를 채워주는 일이 한둘이 아니다. 요즈음 화두가 된 화석연료고갈과 지구온난화문제의 유력한 해결책으로 선진국을 중심으로 수소에너지 분야 연구개발에 큰 노력을 기울여 왔지만 수소의 생산과 저장 및 이용에 이르기까지 각 분야에 기술적인 장벽은 여전히 존재하며, 대부분 소재와 직결되어 있다. 우리가 가진 핵심 역량을 활용하여 장기적이고 일관성 있는 연구개발을 지속하는 이유이다. 대표적인 예로 고체수소저장소재에 대하여 언급하고자 한다. 통상 수소연료전지자동차의 경우, 기존 자동차와 대등한 주행거리 및 탑승자와 화물을 위한 공간을 감안하여 시스템무게당 또는 시스템부피당 수소저장량, 충전시간과 최소한 요구되는 수소방출속도 등의 기술 목표를 세워두고 있다. 아직 현재의 수준은 궁극적인 목표와 차이가 크며 이것마저도 고압저장 또는 액체저장을 제외하고는 차량용 시스템으로서 실증된 사례가 적어, 수소저장 분야의 혁신적 소재 개발을 위해 지금도 세계 각국에서 착화합물, 흡착제와 화합물 등 다양한 재료를 찾아 경쟁적으로 연구하고 있다.▲ 고체수소저장소재의 이해고체수소저장은 저장 메커니즘 측면에서 크게 흡착(adsorption), 흡장(absorption) 및 화학반응 (chemical reaction)을 이용한다. 흡착은 물질의 표면에 물리적(물리흡착) 혹은 화학적(화학흡착)으로 결합하는 현상이기 때문에 일반적으로 물질 자체의 변화는 없어 이상적인 방법이다. 비표면적이 넓은 나노구조체나 활성탄에 수소를 흡착한다면, 단위 무게당 많은 수소를 저장할 수 있고, 가역적인 수소 흡탈착이 가능할 것으로 예상하는 것은 당연하다.하지만, 수소는 이원자 분자 중에서 제일 작고, 결합길이도 0.7Å에 불과하며, 가지고 있는 전자도 2개에 불과하다. 기화되는 온도는 -253℃이어서 질소보다도 58℃ 정도 더 낮다. 다른 기체와는 달리 흡착을 통하여 미세 다공성 물질 안에 가두기가 쉽지 않을 것이란 뜻이다.흡장은 일부 금속이나 합금과 같이 수소를 흡수해서 수소화물 형태를 만드는 경우에 해당된다. 금속수소화물과 금속착수소화물이 있는데 후자는 금속이 수소를 흡수하여 이온이나 공유결합 화합물로 변한다는 점이 다르다. 원자와 수소의 화학결합으로 보면, 종래에는 수소저장재료로서의 수소저장합금은 침입형 즉, 물질의 결정격자 내부로 수소가 침입함에 따라 수소를 저장하는 경우만을 고려했다 할 수 있다. 금속착수소화물은 금속수소화물과는 달리 수소가 착수소화물의 다단분해로 발생된다. NaAlH4와 같은 알라네이트 수소화물은 일단 분해되어 수소가 발생된 후에는 간단한 반응으로는 재생될 수 없다고 생각되었지만, Ti계 촉매를 첨가하여 가역적인 수소 흡장 방출 가능성이 실증되었다.화학반응을 이용한 수소저장과정은 물질 그 자체가 별도의 화합물로 변화한다는 특징이 있다.LiNH2 등의 질소를 함유한 화합물에 의한 수소저장도 Li 질화물과 수소와의 화학반응을 이용한 것이다. 따라서 재순환기술이 이슈가 되고 있다. 대표적인 예가 데칼린/나프탈린계 수소저장기술인데 데칼린의 탈수소화, 나프탈렌 수소화 반응의 쌍으로 이루어진 것이다. ▲ 나노구조재료3차원 골격구조를 가지고 있는 미세 결정체들은 동공(Cavity)으로 구성되어 있는 제올라이트의 물리화학적 특성과 분말이라는 특성을 이용하여 1960년대 초부터 수소저장시스템으로 활용하고자 하는 연구들이 시작됐다. 그러나 이렇다 할 결과를 얻지 못한 채 아직도 기초 연구수준의 보문이 발표되고 있다. 그만큼 어려운 것이 고체수소저장소재인 것이다.몇 년 전 탄소나노튜브에서의 수소저장량이 매우 크다는 실험 결과가 발표된 이래 많은 연구가 이루어졌지만 재현성이 없어 결국 실험 오류로 귀착되었고 순수한 나노튜브나 나노섬유만으로는 수소저장이 어렵다는 것이 현재의 결론이다. 하지만 각종 유무기 또는 금속과의 하이브리드 형태의 나노구조체 등을 이용한 수소 저장 연구가 활발해지는 계기가 되었다.최근 관심을 끄는 MOF란 물질은 금속과 유기물로 이루어진 구조체인데 제올라이트와 똑같이 고체 내부에 많은 공간과 세공이 있어 이들 표면에 수소나 다른 분자사 원자가 흡착될 수 있다고 생각된다. 하지만 저온에서는 어느 정도 수소저장이 가능하지만 상온에서는 1% 미만에 불과하며 통상 흡착제로 많이 쓰이는 탄소 소재인 활성탄도 유사한 경향을 보인다. 물론 미립화된 백금을 이용하면 고체 표면에서 수소원자가 확산되는 현상(스필오버 효과)으로 상온에서도 저장량을 늘릴 수 있다고 보고된 바 있다. 아직도 수소를 다량 저장할 수 있는 구조가 어떤 것이며 어떤 방식으로 수소가 저장되는지 조차 명확하지 않아 이론적 계산 및 컴퓨터 모사실험을 통한 재료의 설계 및 선정, 실험적 증명 등을 포함한 노력을 지속하고 있다. 전자 개수가 적은 수소와 가장 효과적인 상호 작용력을 보이는 화학종이나 금속을 찾아 이를 나노구조체에 도입하여 수소저장능력을 개선하고자 하는 것이 연구 추세이다. ▲ 합금계 재료1967년 미국 브룩헤븐연구소의 과학자에 의해 Mg2Cu에 수소를 대량으로 저장할 수 있다는 보고가 있은 이후 수소흡장합금 개발이 활발히 이루어져 왔으며, 니켈 수소전지의 음극 전극재료로 상용화된 사례가 있다. 주기율표상 1~III족의 가벼운 원소인 리튬(Li), 보론(B), 나트륨(Na), 알루미늄(Al)등은 수소와 안정된 이온결합을 하며, NaAlH4, LiAlH4, LiH, NaH 등의 예에서 보듯이 금속원소당 수소원자수가 대부분 2로서 큰 편이다. 하지만 습기나 공기에 매우 불안정하여 공기나 습기는 막고 수소는 방출할 수 있는 기능성 코팅재료를 이용하여 금속수소화물을 보호하고자 하는 연구도 관심을 끌고 있다. 착수소화물은 아직 이론적 수소량과 실제적으로 얻을 수 있는 수소량과의 괴리가 커서 수소흡방출 과정을 좀 더 이해하여 재료의 수소 방출 온도를 낮출 뿐 아니라 적절한 온도와 압력으로 고밀도의 수소 저장이 가능하게 하는 것이 추세이다. ▲ 보론 화합물수소함량이 높은 소재의 대표적인 예로 순수한 LiBH4는 분해되면 13.9%에 해당하는 수소를 발생시킨다. 문제는 이론상 최소한 1기압하에서 온도를 400℃ 이상으로 올려야 가능하다는 데 있다. 만약 MgH2를 넣어 비안정화시킨다면 이론상 11.4% 정도의 수소를 225℃ 정도의 온도에서도 발생시킬 수 있다.시험적으로는 수소를 9~10% 정도 저장했다가 방출할 수 있다는 가역적인 성질이 증명된 상태이지만 방출 온도가 315℃ 이상의 고온이며 수소 흡방출 속도가 너무 늦다는 문제는 해결하지 못하고 있다. 암모니아 보레인(NH3BH3)은 상온에서 고체이고, 공기나 물속에서도 안정하며 190g/kg(100~140g/ℓ)의 수소저장량을 가지므로 안정성과 수소량만으로 보면 관심을 끌 충분한 이유가 있지만 차량탑재 상태에서는 재생될 수 없다는 점이 단점이다. 어떻게 암모니아 보레인에서 수소를 방출하느냐에 따라 고체상태에서 열적 분해, 용액상태에서 전이금속촉매를 사용하는 방법, 이온성액체를 이용하는 방법, 용액상태로 열적 분해하는 방법, 다공성 구조체에 넣어 나노상태의 암모니아 보레인을 이용하는 방법 등 크게 5가지로 구분되며 어떤 방법이든 고체고분자연료전지의 막을 오염시키는 원인 물질의 발생을 억제해야 함은 물론이다.▲ 연구 현황과 동향전 세계적으로 수소이용의 안전성과 편리성을 높이기 위해 수소저장의 신개념과 아이디어를 지속적으로 검토하고 있다. 사업단은 이론탐색으로 수소저장물질로서 거론되는 각 후보 물질에 대한 가능성 여부를 각 연구팀이 분석과 측정을 통해 검증하는 절차를 밟고 있고 또 국내 연구진의 연구결과도 고체수소저장에 관한 논문의 양과 질적인 면에서 세계적인 수준에 근접하고 있다. 아직은 기초적 연구 단계지만 수소저장에 관한 한 아직 역량을 집중할 만한 소재를 세계 어느 누구도 찾아내지 못하였기에 이와 같은 기초 연구가 큰 밑거름이 된다. 개발된 소재의 적용을 위해서는 열역학적 측면과 반응기구 측면 등 검토되어야 할 내용도 많다. 각 부처에서 수행하고 있는 기초연구분야 관계자, 산업체와 관련 사업과의 긴밀한 협조 및 국제적인 협력도 어느 나라에서나 중요한 연구 전략으로 보고 있고 우리도 이에 동조하고 있다.

최근 경기가 저점을 지났느냐의 논란이 있는 가운데 한 연구소에서 경기가 저점을 지났으나 하반기의 경기 회복 속도는 업종별로 크게 차별화될 것으로 예상했다. 또한 민간소비와 주요 선진국의 경기 불투명, 유가 상승 및 환율 하락 등으로 수요확대 여력이 제한되는 상황이 하반기에도 지속될 것으로 보여 예년 수준의 경기 회복은 올해 중 에는 어려울 것으로 전망했다. 이번 산업전망 분석은 하나금융경영연구소에서 전기?전자 산업군(반도체, 디스플레이), 기계산업군(자동차, 조선), 소재산업군(철강, 비철 금속, 정유, 석유화학) 등으로 나눠져 실시됐다. 업종별로 살펴보면 대부분의 업종이 올해 상반기 중 저점을 통과한 것으로 판단되나 석유화학업종은 하반기 중 공급과잉이 예상되고 전방산업의 설비투자가 불투명한 IT장비업종이나 IT서비스업종은 경기회복이 다소 지연될 것으로 예상됐다. 조선과 해운은 시황악화 지속으로 2011년 이후에나 경기 회복을 기대할 것으로 전망됐다. 전기 · 전자산업군 중 반도체의 하반기 전망은 기저효과로 인해 3분기와 4분기에는 플러스 성장이 예상되나 3분기 이후 반도체 가격이 다시 하락할 경우 수익성 개선은 지연될 가능성이 있는 것으로 나타났다. 지난 6개월 사이에 1Gb DRAM과 16Gb NAND는 각각 112.7% 142.4% 상승했으나 6월에는 상승세가 다소 주춤하고 있으며 3분기까지 소폭 추가 상승 후 4분기에는 하락할 가능성이 있다. 또한 PC의존도가 높은 DRAM 보다는 다양한 수요처를 확보하고 있는 NAND의 수요가 먼저 회복될 전망이어서 NAND 비중이 높은 삼성전자와 도시바가 유리한 상황으로 전망됐다. 상반기 메모리와 비메모리를 모두 포함한 전 세계 반도체 매출은 지난해 9월 이후 5개월 연속 감소함에 따라 9월 230억달러에서 2월 142억달러로 38% 급감했다. 올해 3월부터 전 세계 반도체 월간 매출이 증가세로 전환되었으나 아직 전년대비 -25% 수준이며 지난 6개월간 100%가 넘는 반도체 가격 상승으로 인해 수익성은 다소 개선되는 추세를 보였다. 디스플레이 시장은 TV, 휴대폰 등 LCD패널의 수요산업이 아직 본격적인 회복세를 보이지 않는 상황에서 주요 패널 업체들이 경쟁적으로 공급 능력을 확대하고 있어 하반기에 공급과잉과 더불어 패널 가격의 하락이 재현될 소지가 있는 것으로 보인다. 국내외 패널 업체들이 올해 중 생산능력을 면적 기준 10~30%씩 증설할 예정이며 이미 가동률이 100% 수준인 국내 업체들만 계획대로 증설을 추진해도 전 세계 패널 공급능력은 15% 정도 증가할 전망이다. 여기에 하반기 수요가 폭발적인 성장세를 보일 가능성은 매우 낮은 상황이므로 공급과잉으로 3분기에 가격이 다시 하락할 가능성이 존재하고 있다. 올해 상반기는 3월부터 전 세계 LCD패널 출하가 전년 수준을 회복하는 등 패널시장이 가파르게 회복되고 있으며 5월 수출이 전년대비 18.2% 증가하는 등 국내 업체들의 실적도 빠르게 개선되는 추세를 보였으나 일정 부분은 재고 축적의 효과로 분석된다. 기계산업군 중 자동차 시장의 하반기 전망은 미국업체의 불확실성 해소 및 산업 부양책 실시 국가 확대로 인해 글로벌 수요가 점차 회복되면서 완성차 수출 및 내수가 증가 할 것으로 예상되나 저수익 판매구조 및 환율하락으로 수익성도 낮아지며 구조조정으로 인해 업체별 양극화는 심화될 것으로 나타났다. 원화상승, 엔화하락의 환율추세와 유가 상승세로 자동차업계는 수익성이 낮은 소형차급 이하의 판매 비중을 확대해 주요 업체 연간합산매출액은 전년비 11.3% 감소, 연평균 영업이익률은 전년대비 0.5%p 하락한 3.1%로 예상됐다. 이에 따라 완성차 생산대수 감소와 부품단가가 낮은 소형차종 매출비중 확대로 자동차 부품업체의 합산매출액은 전년비 6.9% 감소한 47.8조원, 영업이익률은 전년비 0.5%p 하락한 2.5%로 전망됐다. 그러나 국산 하이브리드차량이 7월 이후 출시될 예정이고 유가 상승 및 정부보조금의 영향으로 양호한 판매실적이 기대돼 친환경 부품업체들의 성장이 하반기부터 본격화될 것으로 보인다. 정부의 산업부양책 효과로 올해 상반기의 완성차 내수 판매량은 전년동기비 6.0% 하락에 그쳤고 지난해 하반기 대비 7.4% 상승, 수출은 전년동기비 35.5% 하락, 자동차부품생산지수는 완성차 판매부진으로 인해 전년동기비 25.5%로 크게 하락했다. 조선산업의 올해 하반기는 해양플랜트를 제외한 신규수주의 부재, 생산량 증가, 선수금 입금지연 등으로 대형조선소의 차입이 더욱 증가하고 중소조선소의 유동성 위기가 심화될 것으로 나타났다. 그러나 매출액 증가와 후판가격하락으로 수익성은 개선될 전망이다. 하반기 생산량은 전년동기비 21.9% 성장한 966만CGT 수준이며 수주잔량은 전년동기비 27.0% 감소한 5,059만CGT 수준이 될 것으로 보인다. 생산량 증가로 하반기 매출액은 전년동기비 19%내외로 성장할 것으로 보이며 낮아진 후판가격으로 수익성은 향상돼 주요 대형 조선소 영업이익률은 11% 내외, 중소조선 영업이익률은 8% 내외가 될 전망이다. 올해 상반기에는 신규수주는 거의 없었음에도 불구하고 생산량은 전년동기비 28% 성장해 수주잔량이 빠르게 감소하고 주요 업체의 매출도 크게 증가했으나 투입된 후판가격이 높은 관계로 수익성은 8~9% 수준이 될 것으로 추정된다. 소재산업군 중 철강산업의 하반기는 국내 업체들이 제품 출하가 인하분 이상의 원재료가격 인하 협상에 성공함에 따라 고가 원재료가 소진되는 3분기 이후 수익성이 개선될 것으로 전망됐다. 또한 6월 이후 중국을 비롯한 미국, 유럽 등지 대형 철강사들의 출하가 인상 발표는 국내 철강사들의 추가적인 가격 인하를 막아주는 긍정적 요소로 작용했다. 그러나 올해안에 경기 침체 이전 수준의 경기 회복이 불가능할 것으로 보여 2010년 이후에나 경기 회복이 예상됐다. 올해 상반기는 작년 4분기 이후 과잉재고와 원가율 상승, 판매단가 하락으로 제철업을 제외한 하공정 업체 다수가 영업 적자를 기록 중이나 최근 봉형강 위주로 수요가 살아나면서 중국, CIS 지역을 중심으로 철강가격이 상승세를 보이고 있다. 비철금속 산업의 하반기는 뚜렷한 수요회복을 기대하기 힘든 상황에서 가격이 급등 했으나 향후 경기 회복 기대감 속에 현재 가격 수준은 지지될 것으로 예상됐다. 하반기에는 비철금속 가격 상승분이 제품단가에 반영되면서 업체들의 수익률 개선이 기대된다. 1분기의 수요 위축, 감산 등의 악조건 속에서도 이익기여도가 높은 은 등의 부산물 판매량을 증가시켜 20% 대의 영업이익률을 시현한 제련업체는 메탈가격 상승으로 하반기의 업황이 더욱 개선될 전망이다. 상반기 비철금속의 가격은 중국의 ‘금속비축제도’ 시행, 각국의 경기부양정책 추진에 따른 실수요 증가, 달러약세에 따른 투기수요 증가로 상반기 중 LME 지수는 45.6% 상승했고 아연과 니켈도 40% 가까이 상승했으며 특히 납과 전기동의 가격 상승률이 70% 이상으로 매우 컸다. 정유산업의 올해 하반기는 실물경기의 회복 속도가 미진한 가운데 주요 수입국이던 중국이 자국내 지속적인 정유시설 증설로 자급률이 개선되고 메이저의 공장 가동 정상화로 수출 성장세가 위축될 것으로 예상됐다. 여기에 하반기 동안 두바이유가가 70달러를 상회할 것으로 예상되는 반면 실물경기 회복속도가 더뎌 원가 상승분 반영이 다소 약화될 것으로 전망됐다. 하반기 원달러 환율하락이 예상돼 수출채산성 약화를 초래할 것으로 보여 하반기 정제마진은 상반기 대비 20% 정도 감소, 전년동기대비 30~40%로 감소, 영업이익률은 상반기대비 1.5% 하락할 전망이다. 상반기에는 중국의 경기 부양정책으로 수입 수요가 크게 늘었고 메이저들의 공장 가동 중지로 국내 정유사들이 반사이익을 얻었고 설비 증설 효과와 고도화비율 상승, 고가 제품 판매 비중 확대 등으로 영업이익률이 평균 6~7%로 유지됐다. 석유화학산업의 하반기는 세계경기 회복이 불투명한 가운데, 중동의 대규모 증설로 신규물량 출회가 예정돼 있어 공급과잉이 우려되고 중국의 경기 부양 효과 역시 제한적일 것으로 예상되며 환율마저 하락해 수출 둔화가 두드러져 평균 영업이익률도 7~8%에 그칠 전망이다. 특히 3분기보다는 지연되었던 중동의 신규 증설 물량이 본격적으로 출회될 것으로 보이는 4분기에 수익성 하락 폭이 더 클 것으로 전망된다. 또한 6월 기준으로 유가가 전년말의 저점대비 두 배 가까이 상승한 반면 합성수지 가격은 30% 인상에 그쳤으며, 5~6월 동안 유가가 35% 급등하였으나 합성수지 가격은 보합세를 보인 점을 고려하면 유화업종의 이익률 하락이 두드러질 것으로 예상됐다. 상반기 유화업계는 내수 성장세가 여전히 마이너스를 기록하고 있는 가운데에서도 중국을 포함해 세계 각국의 경기 부양 정책에 힘입어 예상을 상회하는 수입 수요 증가와 메이저업체의 일시적인 가동중단 등이 나타나 영업이익률이 평균 12.5%에 이르는 가장 양호한 실적을 보였다.