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1. 서론 국제유가가 연일 최고치를 경신하고 있는 요즘 에너지 문제는 국가적, 사회적으로 큰 이슈가 되고 있으며, 안정적인 에너지 수급을 위하여 대체에너지 및 연료전지 연구의 중요성이 부각되고 있다. 고체산화물연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 연료의 화학에너지를 전기화학반응에 의하여 직접 전기에너지로 변환시키는 연료전지의 하나의 형태로서 고체산화물을 전해질로 사용하고 고온에서 작동한다는 두 가지 특징을 가지고 있다. SOFC는 다른 연료전지에 비하여 효율이 높고, 연료개질기 없이 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 가능하며, 유해배출가스가 없는 점 등 여러 가지 장점을 가지고 있어 전력회사들을 중심으로 상용화를 위한 노력이 진행되고 있다. 다만 고온에서 작동하기 때문에 내구성을 지닌 적합한 재료의 개발이나 시스템의 작동 온도 감소 등이 해결해야 될 과제들이다. SOFC는 그림 1에서 볼 수 있듯이 중앙의 고체산화물을 전해질로 하여 한쪽 전극에는 탄화수소나 수소를 포함하는 연료를 다른쪽 전극에는 공기를 흘려주며 이 과정에서 공기 중의 산소가 전해질막을 통해 연료극으로 이동하여 연료와 반응하며, 이때 전기와 이산화탄소, 물이 생성되게 된다. 본 문헌은 SOFC와 관련된 특허출원 동향을 분석함으로써 각국의 기술 개발 현황을 짚어보고, 향후 이와 관련된 우리의 기술 개발 방향을 제시하고자 하였다. 특허 분석을 위하여 SOFC의 구성은 크게 셀스택과 시스템 및 운전으로 나누었으며, 셀스택은 다시 전해질소재, 분리판, 전극소재, 가스확산층, 스택과 같은 소분류 기술로, 시스템 및 운전은 산화제공급계, 연료공급계, 열 및 물관리계, 전력변환계, 제어계, 시스템계와 같은 소분류 기술로 세분화하였다. 2. SOFC 특허 출원 동향 그림 2에 SOFC 특허 출원(미국은 등록) 동향과 세부 기술별 특허 비율에 대한 나타내었다. 우리 나라의 경우 1990년대 말까지 SOFC와 관련된 특허는 거의 없었고, 다른 나라와 비교하였을 때도 총 출원수가 현저히 작아 국내의 SOFC 관련 기술에 대한 연구가 미비하였음을 알 수 있다. 다만 2000년대 초반부터 국내 출원 건수가 급격히 증가하는 추이를 보이는 것으로 보아 아직은 선진국 대비 기초 수준의 단계이지만 국내에서도 SOFC 기술 개발에 대한 시도와 노력이 확산됨을 알 수 있다. SOFC 기술과 관련된 다른 나라의 특허 추이를 살펴보면, 대체적으로 2000년대 초반부터 특허 건수가 급격히 증가하고 있는 양상을 보이고 있으며, 일본의 출원건수가 단연 압도적으로 많은 것으로 나타나 SOFC와 관련된 핵심 기술을 개발하고 이를 보호하고자 하는 일본의 노력이 엿보인다. 세부 기술별 특허분포를 살펴보면, 우리 나라의 경우 스택 분야가 가장 높은 특허점유율을 보이고 있으나, 다른 나라의 경우 모두 전극소재 분야가 가장 높은 것으로 나타났다. 또한 전해질이나 전해질막과 같은 전해질소재의 특허점유율도 마찬가지로 동일한 경향을 보였는데, 이는 우리 나라의 경우 전극소재나 전해질소재와 같은 소재 분야에서 보유하고 있는 원천 기술이 부족함을 간접적으로 시사한다고 할 수 있겠다. 각국에 출원된 특허의 출원인(특허권자) 국적을 분석하여 본 결과는 그림 3에 나타내었다. 국내의 경우 미국 국적 출원인의 점유율이 내국인과 비슷할 정도로 높게 나타났고, 이는 SOFC 관련 기술력이 상대적으로 높은 미국의 기술선점과 재산권 보호 노력의 결과라 할 수 있다. 일본의 경우 자국의 특허권 비율이 압도적으로 높았으며, 우리 나라에 출원된 비율에 비해 미국과 유럽에 출원된 비율이 상대적으로 높은 것으로 보아 기술 개발과 함께 특허 전략에 있어서도 선택과 집중을 하고 있음을 예상할 수 있다. SOFC 분야 주요 출원인은 표1에 정리하였다. 한국의 경우 현대자동차, 한국과학기술원, 포스코 등이 주요 출원인이었고, 미국의 경우 Westinghouse Electric Corp., Siemens Westinghouse Power Corporation이 미국, 한국, 유럽에 다출원하고 있는 것으로 나타났다. 일본의 경우 Mitsubishi Heavy Industries Inc., Kyocera Corporation, Nissan Motor Co.가 일본과 유럽에 다출원하고 있는 것으로 분석되었다. 3. 향후 전망 SOFC는 열역학적 제한이 없기 때문에 발전 효율이 기존의 발전 방식에 비하여 월등히 높고, 온실가스 및 배출가스 저감 효과 등의 장점으로 인하여 머지 않은 미래에 기존의 발전을 상당 부분 대체할 수 있는 기술로 주목받고 있다. 따라서 미국, 일본을 비롯한 에너지기술 강국들은 이 분야의 기술 확보를 위하여 많은 투자를 하고 있으며, 관련 기술의 특허 출원이 꾸준히 증가하고 있다. 우리 나라의 경우 SOFC 기술이 선진 기술과 아직은 격차가 있는 것으로 판단되지만, 2000년대부터 특허 출원이 급격히 증가하는 것으로 보아 기술의 확보를 위한 연구 투자 등의 노력이 활발히 진행되고 있다는 점은 매우 고무적인 현상이다. 다만 특허 분석을 통하여 알 수 있듯이 SOFC의 세부 기술 중 전극, 전해질과 같은 소재 부분에 있어서는 미국과 일본과 같은 기술개발 주도국에 비하여 원천 기술의 확보가 다소 취약하므로 정부와 기업의 적극적인 연구개발 투자와 더불어 기술의 확보가 다소 어려운 부분에 대해서는 공동연구와 같은 국제협력을 강화하는 전략적인 방안도 필요할 것으로 사료된다. 참고 문헌 [1] http://science.nasa.gov/headlines/y2003/18mar_fuelcell.htm [2] http://www.ecn.nl [3] 연료전지 분야 특허 동향, 2007, 특허청 [4] S. P. S. Badwal & K. Foger, Solid Oxide Electrolyte Fuel Cell Review, Ceramics International 22 (1996) 257-265. [5] Masayuki Dokiya, SOFC system and technology, Solid State Ionics 152– 153 (2002) 383– 392.