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건물용 SOFC 국내 시장서 ‘돌풍’ 예고

세라믹소재 기업 (주)미코, 스택·시스템 독자 개발
‘SOFC 하이브리드 시스템’ 개발… 세계최초 실증


[월간수소경제 조규정 기자] 정부의 탈원전정책 기조에 힘입어 연료전지에 대한 관심이 조금씩 높아지고 있다. 연료전지는 연소과정이나 구동장치가 없어 효율이 높을 뿐만 아니라 오염물질을 배출하지 않는 점이 특징이다.


전해질 종류에 따라 알칼리연료전지(AFC) 용융탄산염연료전지(MCFC) 인산형연료전지(PAFC) 고체산화물연료전지(SOFC) 고분자전해질연료전지(PEMFC, PEFC) 등으로 분류된다.


그 가운데 3세대 연료전지 기술로 평가되고 있는 SOFC의 경우 수소와 탄화수소를 자유롭게 연료로 사용할 수 있고 타 연료전지기술대비 에너지 변환 효율이 높아 차세대 하이브리드 발전 시스템을 형성하는 핵심기술로 주목받고 있다. 또한 작동온도가 600~1,000°C에 이르는 고온 영역에서 운전이 이뤄지기 때문에 스택을 구성하는 대부분의 구성 부품에 세라믹 소재가 적용된다.


이 같은 세라믹소재 기술 개발은 SOFC의 성능 향상을 위한 핵심요소로 국내에서는 경동나비엔과 STX중공업 등 일부 기업에서 연구·개발이 활발히 진행되고 있다. 특히 세라믹소재부품기업인 미코는 연료전지용 세라믹 부품 국산화에 성공하는 등 독자적인 행보를 보이고 있어 관심이 쏠린다.


1996년 창립한 미코는 반도체 제조장비의 주요 고부가가치인 세라믹 부품을 생산하는 업체다. 이 기업은 오랜 기간 축적한 세라믹 공정 기술과 노하우를 바탕으로 제품을 개발해 새로운 시장에 지속적으로 진출하고 있다.


현재는 세라믹 부품과 코팅 및 재생사업 분야에서 괄목할만한 성장세를 이어가고 있으며 국내뿐만 아니라 미국과 중국, 대만, 싱가포르 등 해외로 사업을 확장해 나가고 있다. 세라믹 부품사업의 경우 높은 수준의 기술과 독보적인 영역을 구축할 수 있는 분야에 무게를 두고 꾸준히 연구를 진행하고 있다

 

 


세라믹 제조기술 기반으로 연료전지시장 도전

반도체 세정사업으로 성장한 미코는 그 과정에서 확보한 세라믹 공정 기술을 기반으로 현재 세라믹 부품소재 사업을 성장시키고 있으며 이러한 기술력을 바탕으로 지난 2008년에는 SOFC 시장에 도전장을 내밀었다.


SOFC는 세라믹 부품소재 기술을 기반으로 시도할 수 있는 연료전지분야로 미코의 보유 기술과 설비를 충분히 활용할 수 있는 최적의 사업아이템이었기 때문이다. 최성학 미코 대표이사는 현재 세계시장을 주도하는 기업들의 사례를 보면 과거와 현재 사업 분야가 다를 수 있지만 사업적 연관성이 분명히 존재함을 알 수 있다“SOFC는 신에너지시장의 블루오션으로서 미코가 지향하는 지속 가능한 사업성장의 주역이 될 것으로 기대한다고 말했다.


현재 미코는 세라믹 분야 기술력과 경험을 토대로 SOFC 기술의 핵심부품인 셀과 스택에 대한 독자적인 제조 기술을 확보했다. 시스템에 핵심장치인 평판형 스택에는 120mm×120mm 사이즈의 음극지지체형 셀이 사용되고 있다. 또한 독창적인 분리판 설계 기술이 적용돼 고출력과 고효율화가 용이하고 소형 경량화로 인해 시스템 설계 최적화와 집적도 향상에 탁월한 효과를 보이고 있다.


미코의 스택은 이미 국내 시스템 전문기업의 SOFC 기반 가정용 열병합발전시스템(micro CHP)에 적용돼 발전효율 45%(종합효율 90%), 4,500시간 연속운전 결과 등을 내놓으며 성능과 안정성을 입증했다. 이후 단위스택 평균출력이 2.5kW급까지 향상돼 2015년부터 자체 SOFC 시스템인 ‘TUCY’ 개발에 적용되고 있다.


더불어 2kW급 프로토타입 시스템은 운전 개선작업 이후 시스템 효율 45%를 목표로 개발에 돌입했다. 제품 개발이 완료될 경우 도시가스 연료를 이용해 시동과 정격 자열운전이 가능하고 자동제어, 비상상황 대처 등 안정성도 높아 질 것으로 보인다.

 

스택 모듈화·하이브리드시스템 통해 효율 높여

분산발전원 시장 확대를 위한 핵심 기술로 평가되고 있는 스택 모듈화는 대용량 확대를 위해 각국에서 경쟁적으로 진행하고 있는 기술이다. 이는 복수의 스택 배열과 연결해 고출력화 하는 상용시스템에서도 적용이 되고 있는 방식으로 미코 역시 기술 개발에 열을 올리고 있다.


현재 스택은 kW급의 성공적인 개발을 바탕으로 건물용 및 발전용의 대용량 확대를 위해 스택 제조공정 최적화와 고출력을 위한 기술 개발을 추진 중이다.


최성학 대표는 미코는 모듈화 기술개발로 수십kW 단위 스택 모듈의 핵심기술을 확보하고 향후 시스템 기술과 연계해 건물용 연료전지 시장 확대에 기여할 계획이라며 시스템은 설계와 운전 개선 노력으로 기술의 완성도를 향상시키고 있으며 2018년까지 시스템 안전인증을 획득해 사업화에 나설 것이라고 포부를 밝혔다.


또한 시스템 경제성과 신뢰성을 결정하는 스택의 양산화도 계획하고 있어 향후 가격 경쟁력도 확보할 것으로 기대된다. 이를 위해 미코는 사업초기 1MW급 양산라인을 구축해 사업경쟁력을 강화한다는 방침을 세웠다.


이 뿐만이 아니다. 이 회사는 연료전지 시스템 효율향상을 위해 시도한 하이브리드시스템 시운전에 성공하며 새로운 가능성을 열었다. 하이브리드시스템은 연료전지 단독시스템에서 배출되는 에너지를 이용해 추가전력을 얻음으로써 발전효율을 향상시키는 방식이다. 보통 5~15% 정도의 발전효율을 높일 수 있다.


미코는 지난 2014년부터 기계연구원 등의 연구기관과 연계해 ‘5kWSOFC-엔진 하이브리드 시스템을 개발해 최근 200시간 이상 시운전에 성공하기도 했다.


이와 관련해 최 대표는 이 기술은 상압형 시스템에 적합한 평판형 스택의 상압 배기가스를 이용해 엔진에서 추가출력을 얻어내는 기술이라며 “100kW급 미만 제품의 다양성과 경제성을 보유한 엔진 기반의 하이브리드 시스템 가능성을 세계 최초로 실증했다는데 그 가치가 있다고 설명했다. 그는 이어 올해 10월부터는 정부의 지원을 받아 ‘5kW급 연료전지-엔진 하이브리드 시스템상용화 기술 개발에도 나서고 있다고 말했다.




초기시장 진입 위해 정책 뒷받침 절실

신에너지시장을 체계적으로 준비해 온 미코는 독자적으로 개발한 SOFC 스택과 시스템 기술을 기반으로 국내 연료전지 시장을 정조준하고 있다.


2018년부터는 건물용시장에 진입해 다양한 제품을 선보이며 국내 점유율을 높인다는 계획이다. 이후 2020년에는 모듈화 기술을 적용해 100kW급 이상 고출력 시스템을 들고 발전사업에도 나설 예정이다.


해외시장도 진출한다. 미코는 동남아시아, 중동을 비롯한 자원대비 에너지공급이 부족한 해외시장을 타겟으로 연료전지시장을 확대해 나갈 계획을 내비쳤다. 이와 함께 바이오가스와 연계한 자원재순환, 신재생에너지 복합발전 등 저탄소 고효율 신에너지사업을 선도해 글로벌 연료전지전문기업으로 성장해 나간다는 방침이다.


최성학 대표는 이러한 성과를 이뤄내기 위해서는 기술력뿐만 아니라 정부의 정책지원도 필요하다는 점을 분명히 했다. 최 대표는 연료전지산업은 정책적 뒷받침 없이는 초기시장을 만드는 것 조차 쉽지 않은 산업이라며 이는 선진국도 예외가 아니어서 연료전지 제품이 시장에 선보이기까지 많은 지원을 아끼지 않고 있다고 말했다.


특혜를 요구하는 것이 아닌 자력으로 타제품과 경쟁하기 위한 초기 지원이라는 점을 강조했다. 최 대표는 국내 SOFC산업의 서플라이체인은 규모는 작으나 비교적 체계가 잘 구축돼 있어 초기시장이 형성될 수 있는 여건만 갖춰지면 충분히 경쟁이 가능하다고 자신했다.


한편 SOFC 업계는 제품 상용화를 위해서는 제도정비도 필요하다는 입장이다. 특히 인증체제 구축과 연료로 사용되는 도시가스 요금조정을 요구하고 있다. 이와 관련해 업계 전문가는 국내 SOFC 제품은 대부분 10kW 이하의 건물용 시장을 목표하고 있는데 반해 건물용 도시가스 가격은 발전용과 비교했을 때 매우 높은 수준이라며 연료전지에 사용되는 도시가스는 발전용 수준의 가격으로 내려가야 한다고 말했다.


그는 이어 제품을 개발하더라도 현재 시장에 출시하기 위한 인증체제가 구축돼 있지 않다라며 인증제도를 마련하기 위해 현재 정부가 움직이고 있지만 장비구축과 인증센터 지정 등 좀 더 속도를 내야 할 것이라고 덧붙였다.







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