▲ ‘제3회 K-SOC 심포지엄’ 참석자들이 기념촬영을 하고 있다.

AI 데이터센터·분산전원 수요 증대 각광, 신소재·공정 혁신 및 가격경쟁력 확보 상용화 열쇠

탄소중립과 수소경제 실현을 위한 핵심 에너지 기술인 고체산화물전지(Solid Oxide Cell, SOC)가 AI 데이터센터, 분산전원 등에서 수요가 확대되고 있는 가운데, SOC 상용화 촉진을 위해선 신소재·공정 혁신과 함께 가격경쟁력 확보가 중요하다는 의견이 제시됐다.

한국세라믹학회 고체산화물 연료전지 및 고체이온공학(SOFC & SSI) 부회(회장 손지원 KIST 박사)가 주최하는 ‘제3회 K-SOC 심포지엄’이 지난 7월22일부터 23일까지 충북 청주 오스코(OSCO)에서 개최됐다.

K-SOC 심포지엄은 차세대 에너지 변환기술인 고체산화물 연료전지(SOFC)와 고체산화물 수전해(SOEC) 등 SOC 분야 국내 연구자와 기업, 학생들이 한자리에 모여 최신 연구성과와 산업화 전략을 공유하는 국내 최대 행사다.

이날 심포지엄에는 이기성 한국세라믹학회장, 손지원 세라믹학회 SOFC & SSI 부회장, 임경태 한국 SOFC & SOEC 협회장(케이세라셀 대표), 신태호 한국세라믹기술원 연구혁신본부장 등과 한국과학기술연구원(KIST), 한국세라믹기술원(KICET), 한국에너지기술연구원(KIER), 한국수력원자력(KHNP), HD현대하이드로젠, KAIST, GIST, 서울대 등 산학연 관계자 300여명이 참석했다.

▲ 손지원 세라믹학회 SOFC & SSI 부회장이 환영사를 하고 있다.

SOC는 고온(약 600~900℃)에서 작동하는 세라믹 기반 전기화학 장치로, 현재 상용 연료전지 가운데 가장 높은 발전 효율을 가진 연료전지로 평가받고 있다. 세라믹과 같은 고체 산화물을 전해질로 사용하는 SOFC는 수소와 천연가스 등을 이용해 열과 전기를 생산하며 기존 화력발전 대비 이산화탄소(CO2) 배출도 크게 절감할 수 있다.

SOEC는 재생에너지 전력을 활용해 물과 CO2를 수소와 일산화탄소 등 유용한 자원으로 전환할 수 있어 탄소중립과 수소경제 실현을 위한 핵심 기반기술로 주목받고 있다.

SOC는 발전효율이 높고 안정적인 전력 공급이 용이한데다 지산지소(地産地消)가 가능한 분산발전원이기 때문에 막대한 전력을 사용하는 AI 데이터센터의 차세대 전원으로 각광받고 있다. 특히 글로벌 빅테크 기업들은 2030년 전후 탄소중립을 달성할 계획을 가지고 있어 태양광, 풍력 등과 같이 친환경적이면서도 안정성이 매우 높은 발전원인 SOC 수요가 급증할 전망이다.

이러한 SOC는 전해질이 모두 세라믹으로 만들어지기 때문에 전지 성능과 수명 향상을 좌우하는 혁신적인 세라믹 소재부품 개발과 함께 제조공정, 시스템까지 전주기 기술 경쟁력 확보가 중요하다. 이를 위해 고순도 세라믹 분말 제조, 성형·소결·코팅, 박막 전해질 제조, 세라믹-금속 접합 등 기술개발이 활발히 진행 중이다.

이번 심포지엄에서는 ‘Exploring New Horizons for Solid Oxide Cells in Korea’를 주제로 △차세대 SOC 소재 개발 △고성능 셀 및 스택 기술 △제조공정 혁신 △AI 기반 제조 및 데이터 활용 △시스템 설계 △그린수소 생산 △CO₂ 자원화 및 전기화학 전환기술 등 SOC 상용화를 위한 최신기술 동향과 산업 적용 사례가 발표됐다. 또한 발표 이후에도 Q&A를 통해 활발한 토론이 이어져 연구성과를 심도 깊게 공유하는 자리가 됐다.

▲ 신태호 한국세라믹기술원 연구혁신본부장이 ‘SOFC·SOEC 소재와 공정의 혁신기술과 세라믹기술원 미래전략’을 주제발표 하고 있다.

신태호 한국세라믹기술원 본부장은 ‘SOFC·SOEC의 핵심 세라믹 소재와 공정의 혁신기술, 그리고 한국세라믹기술원 미래전략’이라는 주제발표를 통해 SOEC가 열원을 주면 저위발열량(LHV, Lower Heating Value)을 95% 이상 달성할 수 있는 유일한 전원이기 때문에 SOEC 시장이 확장됨에 따라 가격경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 전망했다.

이를 위해 한국세라믹기술원은 SOC 셀 스택의 저온화, 고성능화, 단순화 등을 위한 혁신적인 소재·공정을 개발함으로써 상용화 경쟁력을 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 세부적으로는 SOC 작동 온도 및 공정 온도 저감을 위한 저온 소결 소재 개발, 저항 저감을 위한 초이온 전도성 전해질 개발, 세라믹 신소재 적용이 용이한 저온 소결 기반 스프레이 코팅 공정 개발 등을 추진 중이다.

신태호 본부장은 “그간 SOC 개발에 있어 신소재 적용 사례가 제한적이지만 시장 수요에 대응할 수 있도록 대량생산 접근이 용이한 기술개발이 필수적”이라고 밝혔다.

임경태 케이세라셀 대표는 ‘소재부품 산업계의 SOC 제품 개발 현황 및 향후 전략’ 주제발표를 통해 연료극 지지형 셀이 점차 제조사들 간 성능 격차가 줄어들고 있어 향후 가격경쟁력이 가장 중요한 부품이라고 밝혔다. 또한 전해질 지지형 셀은 연료극 두께가 얇고 기공율 확보가 용이해 SOEC용으로 적합하다고 전했다.

현재 SOFC에서 가장 성능이 우수한 전해질 중 하나로 평가받는 10Sc1CeSZ(스칸디아-세리아 안정화 지르코니아)는 환원(수소) 분위기에서 구동 시간이 증가하면 상대적으로 큰 이온 전도도 저하로 인한 발전량 감소와 함께 완벽한 입방정 구조여서 안정화되지 못하는 단점이 있다고 설명했다. 이에 입방정 구조로 안정화된 새로운 신소재 전해질인 Ce-Free ScSZ 개발이 필요하다고 제언했다.

▲ 심포지엄 포스터 세션에서 신진 연구자들의 최신 연구성과가 발표됐다.

이날 심포지엄 포스터 세션에서는 대학원생과 신진 연구자들이 최신 연구성과를 발표하며 차세대 연구자 간 활발한 교류도 이뤄졌다.

손지원 한국세라믹학회 SOFC & SSI 부회장은 “K-SOC 심포지엄은 국내 SOC 연구자와 산업계가 함께 최신 기술을 공유하고 협력하는 대표적인 플랫폼으로 성장하고 있다”며 “앞으로도 세계적인 기술 경쟁 속에서 대한민국 SOC 기술 경쟁력을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편 ‘K-SOC 심포지엄’은 지난 2019년 제1회, 2023년 제2회에 이어 올해 세 번째로 개최됐으며, 국내 SOC 분야를 대표하는 학술·산업 플랫폼으로 자리매김하고 있다.

최근 세계적으로 고효율 수소 생산과 탄소자원화 기술 확보 경쟁이 치열해지는 가운데, 공동 조직위원회는 2년마다 K-SOC 심포지엄을 개최함으로써 국내외 연구 협력을 확대하고, 산업 생태계를 구축해 대한민국이 글로벌 SOC 기술 선도국으로 도약할 수 있도록 지원할 계획이다.

▲ ‘제3회 K-SOC 심포지엄’에는 300명 내외의 인원이 참석해 성황을 이뤘다.