탄소중립을 견인하는 핵심 에너지

수소 분야 R&D 동향과
기술혁신 네트워크

우리는 늘어나는 에너지 수요를 충족하고 탄소중립에 한발자국 가까워질 수 있는 친환경 에너지원을 갈망해왔습니다. 잠재력이 무궁무진한 ‘수소’는 미래를 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있는 분야인데요.

한국에너지기술연구원 기업협력실은 지난 10년(2012~2021년) 간 수소 분야 R&D 동향과 연구개발 주체 간 네트워크 현황을 살펴보고자 NTIS 정보를 활용하여 데이터 분석과 시각화를 수행하였습니다.

알아보기

01 텍스트마이닝 분석으로
알아보는 수소 분야 R&D 동향

국가연구개발과제 텍스트마이닝

텍스트마이닝은 빅데이터 분석 기술의 하나로 자연어와 같은 비정형 데이터에서 의미를 찾는 방법론입니다. 이를 통해 방대한 텍스트 데이터 속에서 가치 있는 정보를 추출할 수 있는데요.

  • 수소
  • 기반, 기술, 이용, 개발, 촉매, 시스템
  • 전기, 친환경, 가스, 소재, 반응, 에너지, 화학, 생산, 고효율, 연료전지, 공정, 금속, 전극
  • 고분자, 적용, 합성, 구조, 바이오, 저장, 산화물, 장치, 활용, 하이브리드, 유기, 연구, 연료, 분석, 탄소, 센서, 특성, 복합, 향상
  • 효율, 평가, 모델, 분리, 차세대, 플랫폼, 자동차, 저감, 이온, 응용, 고성능, 융합, 제거, 모듈, 환원, 환경, 반도체, 합금, 선택, 안전, 결합, 스마트, 태양광, 기능성, 충전, 미세, 광전기, 이산화탄소, 제조기술, 활성, 원자, 화합물, 다공성, 대응, 산화, 광촉매, 발생, 제어, CO2, 전환, 재생, 선박, 발전, 핵심, 재료, 변환, 설계, 탄화수소

텍스트마이닝으로 분석한
국가연구개발사업 과제명 워드클라우드

먼저 수소를 키워드로 하는 국가연구개발사업의 과제명을 토큰화하고 명사만을 추출하여 생성한 워드클라우드입니다. ‘기반’, ‘기술’, ‘이용’과 같은 R&D 관련 공통 단어를 제외하고 ‘촉매’, ‘시스템’, ‘연료전지’, ‘소재’ 등의 키워드가 눈에 띄는 것을 볼 수 있습니다.

파리협정 이후, 국가연구개발과제 증가

2015년 12월 파리에서 열린 유엔 기후변화협약 당사국총회(COP21) 본회의에서 채택된 파리협정은 기후위기에 대한 인식과 범지구적 차원에서의 기후행동을 촉발하는 중요한 계기가 되었습니다.

파리협정이 발효된 2016년을 기준으로 ‘수소’ 관련 기술개발 과제 주요 키워드를 살펴보았는데요. 동일 키워드 기준 2016년 이전 대비 이후에 약 4배 증가한 것을 확인할 수 있습니다.

수소 관련 국가연구개발과제 키워드 Top10
  • 2016년 이전
    수소 이용 연료전지 시스템 개발 기술 기반 에너지 촉매 가스 0 300 600 900 1200 키워드 빈도
  • 2016년 이후
    키워드 빈도 0 300 600 900 1200 수소 기반 개발 시스템 생산 기술 이용 전기 촉매 소재 N N N

이는 파리협정 이후 강화된 기후협약을 준수하기 위해 범지구 차원에서 대체에너지원 개발에 투자하고 관련 정책을 추진한 것에서 기인한 결과라고 짐작할 수 있습니다.

또한, 2016년 이후 ‘생산‘, ‘소재’ 관련 키워드가 함께 출현한 것을 통해 수소 생산부터 이용까지 전주기에 걸친 연구개발이 이루어지고 있음을 알 수 있습니다.

지금부터는 NTIS에서 수집한 국가연구개발과제 데이터를 바탕으로
‘주요 부처별’, ‘연구개발주체별’ 수소 분야 R&D동향을 살펴보았습니다.
이전과 다음 버튼을 눌러가며 분석결과를 확인해보세요.

01
2012 2014 2016 2018 2020 연도 과제수 0 100 200 300 400 500 기타 중소벤처기업부 교육부 산업통상자원부 과학기술정보통신부 정부부처

수소 분야 주요 부처별
과제 규모 증감 추이

상위 4개 부처 모두 분석 기간 동안 우상향하는 추세를 보이는 것을 확인할 수 있는데요. 그 중에서 과학기술정보통신부의 경우 2018년 이후 가파른 상승세를 보이고 있습니다.

이는 2018년 수소차 넥쏘의 출시와 더불어 같은 해 하반기에 정부가 발표한 ‘혁신성장 전략 투자방향’에서 수소경제를 3대 투자 분야로 선정함에 따라 확대된 R&D투자, 2019년 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’에 따른 수소 분야 지원 확대에서 기인한 것으로 짐작할 수 있습니다.

  • 수소 기반 기술 이용 촉매 에너지 생산 소재 화학 시스템 전기 개발 금속 반응 연료전지 고효율 공정 활용 합성 구조 0 200 400 100 300 500 과학기술정보통신부
  • 교육부 수소 이용 기반 촉매 화학 반응 개발 금속 생산 에너지 소재 전기 기술 고효율 연료전지 시스템 전극 구조 특성 유기 0 200 400 100 300 500
  • 산업통상자원부 수소 기술 시스템 연료전지 기반 개발 전기 충전 생산 이용 가스 소재 적용 저장 에너지 공정 활용 제조 연료 모듈 0 200 400 100 300 500
  • 중소벤처기업부 수소 기술 이용 시스템 가스 연료전지 장치 적용 센서 기반 전기 친환경 공정 개발 제조 소재 활용 제거 개선 국산화 효율 0 200 400 100 300 500

수소 분야 주요 부처별
연구개발 키워드

‘수소’, ‘시스템’ 등 4개 부처 공통 출현 키워드를 기준으로 살펴보았을 때, 과학기술정보통신부에서 가장 많은 키워드가 출현하였음을 알 수 있습니다. 또한, ‘기술’, ‘기반’, ‘이용’, ‘적용’ 등의 공통 키워드를 제외하고 살펴보면,

과학기술정보통신부와 교육부에서 기초·원천 기술개발 관련 키워드가 주로 도출된 반면, 산업통상자원부와 중소벤처기업부에서는 활용·적용/상용화 기술개발 관련 키워드가 더 많은 비중을 차지하고 있는 것을 알 수 있습니다.

2012 2013 2014 2015 2016 2017 2019 2021 2018 2020 연도 과제수 0 100 200 300 400 500 600 연구소 대학 기업 연구개발주체

수소 관련 연구개발주체별
과제 규모 증감 추이

3가지 연구개발주체 모두 분석기간 동안 우상향하는 추세를 보이는 것을 확인할 수 있는데요. 특히, 2018년 이후 가파른 성장세를 보이고 있습니다.

대학, 기업, 연구소 순으로 수행 과제 건수가 많지만 교육부가 전체 예산의 2.9%를 차지하는 것을 고려했을 때, 대학 단독 수행 과제 보다는 기초연구에서 시스템까지 연계할 수 있는 타 부처 산학(또는 학연) 융합 과제의 참여 비중이 높을 것으로 짐작해볼 수 있습니다.

과제수 모듈 생산 친환경 충전 센서 제조 활용 장치 소재 공정 적용 전기 가스 개발 기반 연료전지 이용 시스템 기술 수소 0 400 200 600 기업 활용 전극 특성 구조 고효율 연료전지 전기 금속 반응 소재 시스템 생산 개발 화학 에너지 기술 촉매 기반 이용 수소 0 400 200 600 대학 금속 수전 활용 제조 바이오 가스 화학 고효율 공정 전기 촉매 개발 소재 생산 연료전지 에너지 이용 시스템 기반 기술 수소 0 400 200 600 연구소

수소 관련 연구개발주체별
연구개발 키워드

앞서 살펴본 부처별 키워드와 비슷한 맥락으로 대학과 연구소는 ‘소재’나 ‘촉매’와 같은 기초·원천 기술개발 관련 키워드가 많이 도출된 반면, 기업은 ‘시스템’이나 ‘공정’, ‘장치’와 같은 활용·적용/상용화 기술개발 관련 키워드가 더 많은 비중을 차지하고 있는 것을 알 수 있습니다.

부산대학교 한양대학교 전북대학교 연세대학교 성균관대학교(자연과학캠퍼스) 고려대학교 포항공과대학교 울산과학기술원 서울대학교 한국과학기술원 0 50 100 150 200 250 대학

연구개발주체별
수행 과제 수 상위 기관(대학) Top10

대학을 분류로 하는 연구개발주체별 수행 과제 수 기준 상위 수행 기관을 알아보았습니다.(주관·협동연구 기준)

대학의 경우 한국과학기술원, 서울대학교, 울산과학기술원이 상위에 위치한 것을 확인할 수 있습니다.

한국건설기술연구원 한국세라믹연구원 고등기술연구원연구조합 한국자동차연구원 한국전기연구원 한국기계연구원 한국화학연구원 한국생산기술연구원 한국과학기술연구원 한국에너지기술연구원 0 50 100 150 200 250 연구소

연구개발주체별
수행 과제 수 상위 기관(연구소) Top10

연구소를 분류로 하는 연구개발주체별 수행 과제 수 기준 상위 수행 기관을 알아보았습니다.(주관·협동연구 기준)

연구소의 경우 한국에너지기술연구원, 한국과학기술연구원, 한국생산기술연구원이 상위에 위치한 것을 확인할 수 있습니다.

(주)바이오프랜즈 (주)상아프론테크 립하이 주식회사 보비씨엔이 주식회사 에이치앤파워(주) 영화테크(주) 주식회사 제이앤티지 주식회사포스코 지엠비코리아(주) 하이리움산업(주) 한국가스안전공사 에너지안전실증연구센터 한국전력공사 영도산업(주) 일진복합소재 주식회사 한국가스안전공사 가스안전연구원 0 50 100 150 200 250 기업

연구개발주체별
수행 과제 수 상위 기관(기업) Top15

기업을 분류로 하는 연구개발주체별 수행 과제 수 기준 상위 수행 기관을 알아보았습니다.(주관·협동연구 기준)

기업의 경우 한국가스안전공사, 일진복합소재, 영도산업이 상위에 위치한 것을 확인할 수 있습니다.

* 공기업도 기업 분류에 포함

성균관대학교(자연과학캠퍼스) (주)포스코 연세대학교 한국전력공사 포항공과대학교 고려대학교 울산과학기술원 서울대학교 한국생산기술연구원 한국기계연구원 고등기술연구원연구조합 한국과학기술원 (재단)연구개발특구진흥재단 한국자동차연구원 국가핵융합연구소 한국과학기술연구원 한국표준과학연구원 한국원자력연구원 한국화학연구원 한국에너지기술연구원 연구소 대학 기업 연구개발주체 0.6% 0.7% 0.7% 0.7% 0.8% 0.8% 0.8% 1% 1% 1.2% 1.2% 1.4% 1.6% 2.1% 2.1% 2.2% 2.2% 2.4% 4.1% 6.8% 0 500 1,000 1,500 단위 : 억원 연구수행기관

연구개발주체별
연구비 상위 기관 Top20

수소 연구개발 주체별 연구비 기준 상위 수행기관을 알아보았습니다.(주관·협동연구 기준, 10년 누적)

한국에너지기술연구원이 전체 연구비의 6.8%를 차지하며 가장 많은 연구비가 투입되었으며, 뒤이어 한국화학연구원, 한국원자력연구원 등 출연연구원이 상위에 위치하는 것을 확인할 수 있습니다. 상위 20개 기관에 연구소 11개, 대학 7개, 기업 2개가 포함되며, 기업은 적은 연구비 비중을 차지하지만 연구를 수행하는 기업의 수가 많기 때문에 전체 비중은 클 것이란 것을 유추할 수 있습니다.

다음으로

조사결과 및 의의

NTIS에서 수집한 국가연구개발과제 데이터를 바탕으로 분석하여 살펴본 결과, 지난 10년 간 수소 분야 전주기(기초·원천~상용화)에 해당하는 연구개발이 급격히 확대(특히 2016년과 2018~2019년 이후 급증)된 것을 확인할 수 있었습니다. 또한 주요 부처별 연구개발 투자 대상 및 목표가 상이한 것을 확인할 수 있었습니다.

뿐만 아니라 연구개발주체별 연구개발 특성 및 목표 역시 상이한 것으로 나타났습니다.(연구소와 대학의 경우 기초·원천 연구개발 중심, 기업의 경우 활용·적용/상용화 연구개발 중심)

현 시점에서 볼 때, 국내 수소 관련 연구는 대학을 활용한 산학연 융합 연구과제의 확대를 통해 기초연구에서 상용화에 이르는 전주기 R&D 기반을 마련하는 것이 가능할 것으로 예측되는데요. 또한, 산업계에서는 수소 관련 연구의 중요성을 인식하여 관련 기술 개발에 집중하기 시작한 상황이며 여기에 연구개발주체 간 역량 결집을 위한 연구비 투자가 확대된다면, 향후 수소 분야 상용화를 촉진할 수 있을 것으로 기대됩니다.

02 소셜 네트워크 분석으로 알아보는
국가연구개발과제 협력현황

소셜 네트워크 분석

소셜 네트워크 분석은 다양한 개체 간의 관계에 대해 분석하는 방법으로 각 개체(node)와 개체 간의 관계(link)를 활용하여 사회 현상 속에서 숨겨진 맥락이나 관계의 경로, 흐름을 볼 수 있습니다. 한국에너지기술연구원은 2012년부터 2021년까지 수행된 수소관련 국가연구개발과제 참여주체 간의 관계(주관-참여)를 소셜 네트워크 기법을 접목해 알아보았는데요.

※ 참고 : 본 네트워크분석은 연도별 신규과제를 기준으로 분석함(계속과제 제외)

각 주체 간의 협력정도는 점(node) 간 연결된 선의 굵기로 표현됩니다.

점의 크기가 클수록 다른 주체와의 협력활동이 많음을 의미합니다.

전체 네트워크에서 한국에너지기술연구원, 한국과학기술연구원, 한국자동차연구원, 한국가스안전공사가 주요 R&D 허브역할을 하고 있는 것을 확인할 수 있습니다.

수소 관련 국가연구개발과제 수행현황

아래는 R&D 허브역할을 수행하고 있는 기술개발 주체들의 최근 10년 동안 주관 및 참여기관으로서 수행한 과제 현황을 나타낸 그래프입니다. 한국에너지기술연구원과 한국과학기술연구원이 가장 많은 연구개발과제를 수행한 것을 확인할 수 있는데요.

수소 관련 국가연구개발과제 수행 Top5
  • 한국에너지기술연구원 한국과학기술연구원 한국가스안전공사 한국자동차연구원 한국과학기술연구원 0 50 100 150 200 참여 주관
  • 한국에너지기술연구원 한국과학기술연구원 한국가스안전공사 한국자동차연구원 한국과학기술연구원 0 20% 40% 60% 80% 100% 기타 연구소 대학 기업

한 가지 주목할 점은 주요 기술개발 주체마다 연구협력 주체의 비중이 상이하다는 것입니다. 정부출연연 등은 대학과의 연구협력이 활발한 반면, 전문연과 공사 등은 기업과의 연구협력이 활발함을 알 수 있죠.

한국에너지기술연구원은 이들 연구주체별 협력관계를 보다 직관적이고 쉽게 알아보고자 2012년부터 2021년까지 수행된 국가연구개발과제 참여주체 간의 관계를 소셜 네트워크 기법을 접목하여 분석해보았습니다.

지금부터는 소셜 네트워크 분석을 통해 도출한 자료를 바탕으로
대표 연구기관 3곳의 국가연구개발과제 상호협력 관계를 알아보겠습니다.

CASE 01

한국에너지기술연구원

먼저 한국에너지기술연구원의 네트워크 협력 현황입니다. 각 주체 간의 협력정도는 각 점(node) 간 연결된 선(link)의 굵기로 표현됩니다.

한국에너지기술연구원의 네트워크 현황을 살펴보면 한국과학기술원, 한국과학기술연구원, 충남대학교, 고려대학교 등과 연구개발협력이 활발함을 알 수 있습니다.

CASE 02

한국자동차연구원

한국자동차연구원의 경우, 한국가스안전공사뿐만 아니라 수소관련 주요 기업들과 연구개발협력이 활발함을 확인할 수 있습니다.

CASE 03

한국가스안전공사

한국가스안전공사의 경우, 한국에너지기술연구원, 한국기계연구원 등 국가연구기관은 물론 기업들과도 모두 연구개발협력을 활발하게 이어가고 있었습니다.

다음으로

조사결과 및 의의

출연연구기관, 생산기술·전문 연구기관, 산업계가 수소 분야 협력 네트워크의 중심을 형성하여 연구를 진행하고 있었는데요. 수소 관련 연구비는 중점기관들에 집중되어 있었죠. 앞으로는 학계, 연구계 및 관련 연구기관과의 네트워크가 고르게 형성된 기관이 산학연 역량 결집을 위한 연구의 구심점 역할을 수행할 수 있도록, 관련 협력기반 조성을 위한 지원 프로그램이나 융합 연구개발과제 확대가 필요할 것으로 보입니다.