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코멤텍, 분리막 양산기술 확보… 고성장 기대

수소전기차 국산화의 마지막 부품 ‘전해질막’ 개발 마무리
기술확보 → 투자유치 → 양산설비 → 판로확대로 성장 발판 마련


[월간수소경제 김동용 기자] 소수의 글로벌 기업만이 독점하고 있던 PTFE 소재의 국내 최초 개발·양산에 이어 그간 국산화되지 못했던 수소연료전지자동차 분리막을 개발, 판매를 준비 중인 국내기업이 있다. 멤브레인(membrane)을 이용한 제품 생산 업체 ㈜코멤텍이다.


PTFE 멤브레인은 시중에 고어텍스(GORETEX)로 알려진 기능성 의류의 핵심 소재다. 산업용 필터, 기능성 의류, 이차전지 및 연료전지 분리막 등에 적용해 고성능·고효율화가 가능하다. 최근 미세먼지로 주목받고 있는 수소전기차의 핵심부품인 분리막에도 사용되고 있다. 미국 고어(GORE)사에 의해 지난 1973년 최초 개발된 후 40여 년간 독점돼 온 기술이다.


코멤텍은 미국과 일본에 이어 전 세계에서 세 번째, 국내에서는 최초로 PTFE 멤브레인 기술을 개발, 양산설비를 구축했다. 현재 관련 제품의 100%를 수입에 의존하고 있는 국내 사정에 비춰볼 때 대안으로서의 역할뿐만 아니라 각 산업이 지니고 있는 기술적 한계를 유기적인 제품개발, 공급을 통해 한 단계 끌어올릴 수 있는 계기를 마련한 것으로 의미가 크다.


또한 유력한 차세대 운·수송 수단으로 꼽히는 수소차 개발과 관련해 ‘불소계 전해질막’과 이차전지의 핵심 부품인 분리막 개발이 마무리 단계에 접어들어 본격적인 판매를 앞두고 있다. 이 같은 준비 과정 중 지난해에는 경기도 시화공단에서 전라남도 영광군 대마산업단지에 위치한 부지 약 6,600㎡(2,000평), 크린룸 설비를 갖춘 2,300㎡(700평) 규모의 신공장으로 본사를 이전, 제품 양산과 관련된 모든 제반 설비를 갖췄다.


코멤텍은 지난 2007년 설립 후 지속적으로 PTFE 관련 연구를 진행해왔다. 또한 ‘PTFE 멤브레인을 이용한 고성능 카트리지 필터 개발’, ‘고온용 집진기 필터 대체용 여과면적 증가를 위한 절곡형 PPS-불소계 멤브레인 필터 제조기술 개발’, ‘반도체 클린룸용 유해물질 저감형 불소계 멤브레인 HEPA 필터 개발’, ‘PTFE 기공제어 기술 및 고분자 이온 전해질 함침기술을 융합한 수소연료전지차용 불소계 전해질 막 개발’ 등 다양한 과제를 수행해 성공적이라는 평가를 받았으며 ‘자동차 연료전지용 과불소계 술폰산 이오노머-PTFE 강화막 국산화’, ‘PTFE 멤브레인을 이용한 차량용 벤트 부품 양산화개발’도 진행 중에 있다.



투자유치·기술이전으로
산업이해도 확보·기술적 체계 마련

하지만 코멤텍의 제품이 처음부터 인정받은 건 아니었다. 지난 2013년 제품화가 가능한 PTFE 소재를 개발했지만 시장의 반응은 차가웠다. 판로확보가 막히니 경영이 어려워졌고 투자도 제대로 이뤄지지 않았다.


다행히도 광주창조경제혁신센터 1기 입주기업에 신청한 후 혁신센터 멘토기업인 현대자동차와 각종 연구비 지원·경영 관리, 생산 관련 멘토링을 통해 사업화에 탄력이 붙었다. 벤처기업으로서 받는 시장의 의구심은 현대차와의 협업을 통해 극복했다. 신뢰성이 확보되자 투자가 이어졌다.


코멤텍은 지난 2015년 한국 과학기술 지주, 현대기술투자, 시노펙스, 삼호그린인베스트먼트 4개 기관으로부터 총 40억원의 투자유치를 받았다.


이와 함께 기술적 난이도가 높고 개발에 소요되는 막대한 비용·시간 등을 극복하기 위해 △전해질 막의 표면 처리 방법 △연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법(이상 한국과학기술연구원) △플라즈마 화학기상 증착과 물리기상 증착을 융합한 박막 코팅 방법(한국생산기술연구원) △수소이온 전도성 멤브레인을 사용하는 연료전지 막 전극 접합체의 롤 프레스에 의한 제조방법(한국에너지기술연구원) 관련기술 이전계약을 체결함으로써 관련 산업에 대한 이해 및 확고한 기술적 체계를 마련했다. 100% 국산화가 이뤄졌다고 알려진 수소전기차 부품 중 유일하게 수입제품을 사용하는 전해질막은 현대차와 함께 개발에 나서 양산 이전단계까지 기술수준을 끌어올렸다.  


이 같은 기술이전은 각 연구원의 핵심기술, 즉 완성도가 높은 양산기술과 국내기업의 양산설비 구축이 맞물려 연료전지 시스템의 핵심부품을 양산하는 융복합기술 개발사업의 좋은 예가 됐다. 아울러 코멤텍이 독자적으로 세계수준의 기술력을 확보할 수 있는 재원과 기반기술을 확보하게 돼 관련 산업계를 선도해 나갈 수 있는 계기를 마련했다는 평가를 받고 있다.




PTFE 멤브레인 NEF 인증…
4년째 ‘한전’ 독점공급…독일도 5년간 수출

코멤텍은 신제품기술인증(NEF)을 받아 한국전력에 4년째 관련 제품을 독점공급하고 있다. MBR시스템에 소요되는 핵심부품인 필터를 대우건설에 5년간 공급하기도 했으며 독일 캄퍼(kamper)사에도 5년간 수출을 진행, 국내외 관련 레퍼런스를 쌓아가고 있다. 이러한 성과를 바탕으로 이차전지 및 연료전지 분리막 사업을 진행 중이다.


코멤텍이 연료전지용 복합막 개발을 비교적 빠른 시간 내에 마무리할 수 있었던 것은 이전부터 삼성 SDS, SK, LG와 일본의 Panasonic, sony, 중국의 BYD 등과 함께 리튬이온 배터리 분리막을 함께 개발해 왔기 때문이다. 이러한 개발 과정을 통해 막의 표면 처리 및 열처리 기술 등 핵심 기술에 대한 선행연구들을 진행해왔다.


사실 연료전지용 전해질 복합막의 개발은 다양한 기술이 필요한 고난도의 분야다. 양산화 설비를 갖추는 기술은 특히 더욱 어렵다. 벤처기업인 코멤텍이 기술개발 및 양산화와 관련해 많은 우려의 시선을 받았던 이유다.


하지만 코멤텍은 PTFE 멤브레인 설비를 자체적으로 설계, 제작, 양산화에 성공한 기술적 기반을 토대로 연료전지 양산설비 90% 이상 자동화를 구현, 생산제품의 생산성 및 안정성을 확보하고 있다. 이와 함께 국내외 수소전기차 업체들과 공동개발을 진행하고 있으며 기존 제품의 수준을 극복하는 기술적 진전을 이뤄내고 있다.



독자기술로 단가절감·혁신제품
‘두 마리 토끼’ 잡는다

최근 복합막 기술 개발 이슈는 ‘박막화’다. 박막화에 따른 내구성을 보완할 수 있는 처리기술이 관건이다. 내구성을 확보할 수 있는 다양한 기술 중 PTFE 멤브레인을 안정적이고 다양하게 두께별, pore size(공극 크기)별, porosity(공극률)별로 생산할 수 있는 기술의 유무와 ‘막’ 생산공정에 첨가제를 넣어 제막하는 신기술이 가장 중요하다. 이런 기술 없이 단순 막을 중국에서 수입해 개발하는 업체들이 적지 않지만 코멤텍과의 기술적 차이는 극명히 갈린다.


코멤텍은 이외에도 수소투과도를 낮출 수 있는 멀티레이어 제조기술, 내구성 확보를 위한 첨가제 등 다양한 기술들의 결합 필요성을 강조하고 있다.


이에 독자적인 기술을 기반으로 레이어를 형성하지 않고 단일 레이어 구조로 이오노머(ionomer : 물속에 포함된 순수한 분자만 통과시키는 선택성 막으로 사용되는 공중합체)의 양을 최소화 시키면서도 성능은 유지할 수 있는 기술을 개발 중에 있으며 이미 긍정적인 결과들을 확보, 혁신적인 차세대 제품으로 개발에 박차를 가하고 있다.


특히 PTFE 멤브레인의 가장 큰 특징인 소수성을 친수성으로 바꾸는 기술이 매우 중요한데, 이를 위해서는 기존의 화학적 처리에만 의존하는 방법은 많은 문제점을 드러내고 있다. 표면개질을 위해 진공공정을 이용하기도 하지만 이는 생산 단가가 오르는 가장 큰 이유로 꼽힌다. 코멤텍은 본격적인 양산을 위해 진공이 아닌 상온, 상압에서 표면 개질의 필요성을 절감했고 이에 플라즈마 기술을 이용해 화학적 방법과 물리적 방법을 복합, 처리하는 기술을 자체적으로 확보했다.



한편 코멤텍은 다양한 이오노머 제막 기술과 밀도 높은 지지체 제조를 통한 이오노머 양을 최소화 하면서 성능은 유지할 수 있는 기술 등이 결합된 제품을 최근 독자상표(상표명:트라니아)화해 기존 제품과는 차별화된 성능과 가격을 확보하고 2018년부터 본격적인 판매에 나선다는 방침이다.


이와 함께 최근 2차 투자유치를 성공적으로 이끌어 총 35억원 규모의 최대 유효폭 1.2m의 대형 양산 설비 및 990㎡(300평) 크린룸 설비를 갖춘 전용 생산공장 구축에 나서고 있다. 향후 수소연료전지버스, ESS, 수전해시장 등의 확산에 대비해 대형 막 양산설비를 준비하고 있는 것이다. 양산시설이 완성되면 시장 대응은 물론 향후 고성장을 기대할 수 있는 발판이 마련될 것으로 기대된다.





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