산업조사 전문업체인 IRS글로벌은 ‘연료전지’ 연구개발 동향을 분석하기 위해 Microsoft가 제공하는 Academic Knowledge API를 활용, ‘Fuel’, ‘Cell’ 등의 단어가 제목 또는 초록에 포함된 연구를 추출해 검색된 데이터 중 DOI가 존재하지 않는 데이터를 제거해 3만1397개를 분석했다.

전체 연구의 내용 및 연구 주제별 주요 단어와 관계를 확인하기 위해 워드 클라우드와 텍스트 네트워크 분석을 수행했다. 분석은 R 통계 프로그램을 활용했으며, 네트워크 분석은 quanteda 패키지를 활용했다.

주제 분석에는 토픽 모델링(Topic modeling) 방법을 활용했다. 동일하게 R 통계 프로그램을 활용했으며 textmineR 패키지를 활용했다. 우선 분석을 위해 적정 토픽 수를 산출한 후 해당 토픽 수로 잠재 디리클레 할당(LDA; Latent dirichlet allocation)을 수행했다. 그리고 깁스 샘플링(Gibbs sampling)을 활용해 각 연구의 토픽을 할당했다. 또한 각 토픽의 이름은 나이브 베이즈(Naive bayes) 모델을 이용해 산출했다.

나이브 베이즈 모델은 베이즈 정리를 바탕으로 임의의 데이터가 특정 클래스에 속할 확률을 계산하며 주로 텍스트 분류에 활용된다. 나이브 라벨링 알고리즘은 probable bi-grams를 기반으로 가장 적합한 토픽의 이름을 라벨링할 수 있다. 

다음으로 깁스 샘플링(gibbs sampling)을 활용해 수집한 연구 주제를 개별적으로 분류했다. 이러한 과정을 통해 전체 주제의 이름을 라벨링하고 개별 연구가 각 주제에 해당할 사후 확률을 측정할 수 있었다.

연료전지 분야는 1957년 1편의 연구가 발표된 이후, 2020년에는 2081편까지 연평균 12.9%의 증가세를 보이고 있다. 1957~1980년까지 총 202편, 1981~2000년까지 1402편, 최근 2001~2020년까지는 총 2만9793편의 연구가 발표되고 있다.

인용 상위 연구로는 Nature지에 2001년에 발표된 ‘Materials for fuel-cell technologies’가 5671회로 가장 높게 나타났다.

한편 특허 동향을 분석을 위해 Patents View에서 제공하는 특허 데이터 수집 API를 활용해 ‘fuel’, ‘cell’ 등의 단어가 제목 또는 초록에 포함된 특허를 추출해 총 1만6055개의 특허를 수집해 분석했다.

연료전지 분야는 1976년 49개의 특허가 출원된 이후 1990년대 후반부터 출원 수가 급격히 증가한 것으로 나타났다. 구간별로는 1976~1990년까지 총 753개 특허가 출원됐으며 1991~2010년까지는 총 6664개, 2011~2020년까지는 총 8638개로 나타나며, 지속해서 증가하는 것으로 나타나고 있다.

특허출원 후 1년 6개월이 경과해야 공개되는 특허제도의 특성상 실제 출원이 이뤄졌으나 아직 공개되지 않은 미공개 데이터가 존재해 최근 데이터가 적게 나타나는 것에 유의해야 한다.

연료전지는 수소 등의 연료와 산화제인 공기(산소)의 화학반응으로 전기 에너지를 직접 추출하는 장치로 연료전지 자동차, 가정용 고효율 분산형 시스템, 상업용 발전소 등에 응용이 기대되고 있다.

우리 정부는 2040년까지 발전용 연료전지를 누적 15GW(내수 8GW 포함) 보급한다는 목표를 발표한 바 있으며 2020년 10월 개최된 제2차 수소경제위원회에서는 HPS(수소발전의무화제도) 도입을 의결한 바 있다. 연료전지 보급을 위해서는 저비용화 외에 컴팩트화, 고효율화, 고내구성화 등의 과제가 대두되고 있다.

위 자료는 IRS글로벌이 발간한 ‘수소경제 실현을 위한, 수소·연료전지 관련 핵심기술 개발동향과 시장·사업화 전망’ 보고서에서 보다 면밀히 분석하고 있으며 또한 IRS글로벌 홈페이지에서는 연료전지뿐만 아니라 다양한 산업 분야의 최신 동향 정보와 통계 등을 제공하고 있다.