최근 대부분의 산업과 일상에서 전기가 중심이 되고 있는 가운데 한국전기연구원이 30일 연구현장 온라인 브리핑’을 통해 전기기술 기반 미래 4대 모빌리티 핵심기술을 소개했다.
이번 행사에 소개된 핵심기술은 전기차용 탄화규소 전력반도체와 전기선박 육상시험소(LBTS), 드론.플라잉카용 전기엔진 국산화, 액체수소 생산 및 장기 저장기술 등 4개다.
KERI 명성호 원장은 이날 전기기술 기반 미래 4대 모빌리티 핵심기술 브리핑 인사말을 통해 "모빌리티는 다른 어느 곳보다 ‘전기화’가 빠르게 진행되고 있는 분야"이라며 “국민과 기업이 체감할 수 있는 실질적인 성과를 창출할 수 있도록 최선을 다하겠다”라고 말했다.
SiC 전력반도체는 전류 방향을 조절하고 전력 변환을 제어하는 등 사람의 근육과도 같은 역할을 하며, 전기차에서는 배터리와 전기모터를 연결하는 고성능 인버터에 필수적으로 활용되어 뛰어난 재료 특성을 기반으로 전비 10%를 향상시켜주는 핵심부품이다.
전력반도체의 핵심인 제어 효율을 유지하는 소재는 기존 실리콘(Si)에서 재료 특성이 우수한 탄화규소(SiC)로 대체되는 추세다.
우수한 열적·전기적 특성을 지닌 SiC 전력반도체는 실리콘 반도체보다 10배 높은 전압과 2배 높은 열을 견디고 전력 소모도 작아 칩 크기를 기존 대비 10% 이상의 전비(電費) 향상을 기대할 수 있을 정도로 효과가 매우 크다.
하지만 폭발적으로 늘어나는 전기차 시장에 비해 SiC 전력반도체는 소수의 선진 국가들만이 독점하고 있다.
이에 KERI는 SiC 전력반도체의 국산화 실현을 넘어 공급 부족 문제까지 해결할 수 있는 초고난도 ‘트렌치 모스펫’ 기술을 독일, 일본에 이어 세계 3번째로 개발했다.
트렌치 모스펫 국산화 실현은 최근 전기차 시장의 화두인 전력반도체 부족 현상을 해결하는데 큰 기여를 할 것으로 보고 있다.
전기차 시대 도래로 전 세계적으로 SiC 전력반도체의 공급난이 일어나고 있고, 관련 기술의 고도화 및 자립화 그리고 양산화 능력 확보가 국가 경쟁력에 큰 영향을 미치고 있는 상황이다.
SiC 전력반도체 시장은 지난해 7억 달러 규모에서 오는 2030년 100억 달러 규모로 연평균 32% 높은 성장세를 나타낼 것으로 전망된다.
전기선박 육상시험소는 전기선박을 육상에서 시험하는 장소로 2015년 미국, 영국에 이어 세계 3번째로 조성됐다.
전기선박은 잠수함과 호위함 등 함정 분야에서 주로 활용돼 왔다.
대용량의 전기를 필요로 하는 레일건 등 미래 무기체계에 전력추진 시스템용 전력을 일시적으로 활용함으로써 추가 전력 보강 없이 무기체계 운용을 가능하게 한다. 또한 자동화·무인화·네트워크화를 위한 ICT 체계도 구축할 수 있다
선박의 설계 구성이 단순해 정비성이 우수하다는 특징이다. 최근에는 미국의 최신예 구축함인 ‘줌왈트’ 와 영국 항공모함인 ‘퀸 엘리자베스’ 등 수상 전투함 분야까지 전기추진 체계가 적용되고 있다.
전기선박은 하부에 추진 시스템이 탑재된 후 고장이나 문제가 발생하면 정비가 어렵고, 배를 해체해서 수정해야 하는 등의 어려움이 있는 분야다.
하지만 KERI의 육상시험소를 통해 사전 성능검증 과정을 수행함으로써 선박 건조기간 단축, 전력화 지연 손실비용 절감 등의 큰 효과를 가져왔고, 그 외 기술수입 대체 및 관련 산업 발전까지 포함하면 통합 5000억원이 넘는 파급효과다.
전문가들은 2033년까지 전기선박 육상시험소 관련 사업으로 인한 파급효과를 시장창출 1조 2363억원, 일자리 창출 3000여명으로 예상하고 있다. 지역 기업들의 사업 참여에 따른 매출 기대효과는 무려 1조 4698억원에 달한다는 평가다.
드론·플라잉카용 전기엔진 국산화는 유·무인 항공기를 기존 화석연료 기반 항공엔진이 아닌 전기 동력으로 추진시키는 ‘전동기’와 ‘발전기’를 국내 최초로 독자 개발한 성과다.
비대면 시대 미래형 배송 시스템 드론 택배, 도심 교통문제를 해결할 수 있는 새로운 교통수단인 플라잉카는 이제 더 이상 미래의 이야기가 아니다. 하지만 이 분야에서 주요 부품을 수입에 의존하고 있었던 것이 우리의 현실이었다. KERI에서는 이러한 부품
디스크 형태로 개발된 발전기는 배터리를 지속적으로 충전해주면서도 가볍고, 공간 활용성을 높일 수 있어 제한된 기체 내에 더 무거운, 더 많은 물품, 나아가 더 많은 승객의 이동을 가능하게 한다. 수입대체 효과는 무려 연간 천억 원 이상으로 예상된다.
KERI는 향후 꾸준한 연구를 통해 사람이 탈 수 있을 정도의 안정성을 확보한 10kW급 전동기와 100kW급 발전기를 3년 이내에 개발해 우리나라가 플라잉카 산업의 선두에 설 수 있도록 만든다는 목표다.
액체수소 생산, 장기 저장기술은 기존 기체 형태 수소가 가진 폭발 위험성을 해소하고, 미래 수소경제 활성화와 탄소중립 정책 실현에 크게 기여할 성과로 손꼽힌다.
KERI는 극저온(-253도) 냉각 기술을 응용해 액체수소를 효과적으로 생산하고 안전하게 장기간 저장할 수 있게 만드는 ‘제로보일오프’ 기술을 개발했다.
이번 성과는 경제적 관점에서 그 의미가 대단히 크다. 액체 형태의 수소는 가스 대비 부피가 작고 고압의 위험성이 없기 때문에 수소를 보관하기 위한 충전소 부지는 대폭 줄이고 수소 저장량은 늘릴 수 있다.
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