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이제껏 없었던 수소발생기로 해외 시장 공략 나서는 ‘휴그린파워’

고체 상태 화학수소화물 분해해 수소 발생…촉매 필요 없어
보잉·NATO·한국군 프로젝트 등에 참여…인도·중국서도 관심 보여
지난 10월부터 1kW급 수소발생장치 양산·판매 돌입


[월간수소경제 송해영 기자] 최근 드론, 무인항공기 분야에서 떠오르는 키워드는 단연 ‘연료전지’다. 일례로 드론의 경우, 배터리를 연료전지로 대체할 경우 비행 거리를 적게는 3배, 많게는 20배까지 늘릴 수 있다. 문제는 ‘수소공급’이다. 기존의 수소공급 방식은 크기가 비교적 작은 드론이나 무인항공기에는 적합하지 않다.


2011년 설립된 휴그린파워(대표이사 강신왕)는 고체 형태의 화학수소화물을 연료로 이용해 크기가 작고 가벼우면서도 에너지밀도가 높은 수소발생기 개발에 성공했다. 이제껏 없었던 혁신적인 기술로 보잉, NATO, 타타그룹 등 해외 기업들의 러브콜을 한 몸에 받았다.


조선대학교 항공우주공학관 내 위치한 기술연구소를 찾아가 휴그린파워의 수소발생기술과 해외 시장에서의 성과 등에 대해 들어보았다.


누구나 손쉽게 사용 가능한 ‘수소발생기’
수소를 조달하는 방법에는 여러 가지가 있다. 가장 대표적인 것은 기체 상태의 수소를 고압으로 압축해 탱크 등에 저장하는 ‘압축수소’다. 수소를 -253℃ 이하로 냉각시켜 ‘액화수소’로 만드는 방법도 있다.


대량의 수소를 필요로 할 경우 온사이트에서 수소를 생산해 사용할 수도 있다. 수소를 생산하는 방법은 크게 ‘화석연료 개질’과 ‘수전해’로 구분할 수 있다.


그런데 휴그린파워의 수소발생기술은 위 방법 중 어느 것에도 해당하지 않는다. 휴그린파워의 수소발생기술은 연료로 화학수소화물(chemical hydride)을 이용한다. 수소화물이란 수소와 다른 원소가 화합되어 있는 물질이다. 촉매나 분해제 등을 이용해 화학수소화물에서 수소만 분리하는 것이다.




사실 화학수소화물에 대한 연구는 20여 년 전부터 진행되어 왔다. 대부분 액상화된 촉매를 사용하고 있다. 고체 상태의 화학수소화물을 물에 녹인 다음 촉매를 이용해 화학반응을 일으키는 것이다. 하지만 액체의 특성 상 기온이 떨어지면 물이 얼기 때문에 고고도 무인항공기에는 적합하지 않다. 또한 촉매를 이용하면 수소 발생 이후 보레인(BH3, 수소와 붕소가 결합한 화합물)이 발생하는데, 보레인은 점성을 띠며 시간이 지나면 말라서 굳어버린다.


촉매의 가격과 품질도 문제다. 촉매는 사람이 일일이 손으로 만들어야 하는데, 그 과정에서 불완전한 촉매가 만들어지면 수소 순도나 시스템의 안정성에 악영향을 미친다. 또한 촉매에는 백금, 루테늄 등 귀금속류가 들어가므로 가격이 비쌀 수밖에 없다. 최근에는 코발트나 니켈 등을 사용함으로써 백금 함량을 줄이는 연구가 진행되고 있지만 가장 바람직한 것은 촉매 자체를 사용하지 않는 것이다.


강신왕 휴그린파워 대표는 “휴그린파워 역시 NATO와 협업하던 초창기에는 기존 방법과 같이 촉매를 활용해 수소를 발생시켰다”며 “하지만 이대로는 상용화가 힘들다고 판단해 촉매를 사용하지 않는 수소발생기술 개발에 매진했다”고 밝혔다.




휴그린파워의 수소발생기는 본체와 교체 가능한 연료 카트리지로 구성되어 있다. 연료 카트리지에는 고체 상태의 화학수소화물과 분해제가 들어있다. 카트리지를 본체에 장착한 다음 버튼만 누르면 분해제가 투입되어 화학수소화물로부터 수소를 분해한다.


‘수소가스’ 하면 가장 먼저 꼽히는 문제가 ‘폭발성’이다. 하지만 휴그린파워의 수소발생기술은 연료가 고체 상태로 보관되므로 폭발 위험성이 없다.


또한 압축수소와 비교하더라도 수소저장밀도가 높다. 미국 에너지부(DOE)에서는 에너지밀도가 6wt% 이상일 때 상용화 가능한 수준으로 정의하고 있다. 현재 휴그린파워에서 사용 중인 화학수소화물의 에너지밀도는 10.8wt%을 상회한다.


촉매를 사용하는 기존 방법과 달리 -40℃ 상당의 저온에서도 구동 가능하다는 것도 장점 중 하나다. 또한 촉매를 사용할 경우 수소발생기를 작동시킨 다음 수소가 발생하기까지 3~5분이 걸린다. 그러나 휴그린파워의 수소발생기는 버튼을 누르자마자 분해제가 투입되어 화학수소화물을 분해하므로 기다릴 필요 없이 수소를 이용할 수 있다.




적극적인 해외 프로젝트 참여
작고 가벼우면서도 가혹한 환경에서도 구동 가능하다는 장점을 살려 휴그린파워는 해외 무인항공기 및 배터리팩 관련 과제에 적극적으로 참여하고 있다.


2014년 3월에는 NATO의 구호용 배터리팩 차량의 보조전원으로 쓰이는 200W급 연료전지형 발전기를 개발해 수출했다. 구호현장에서 전자기기가 방전될 경우, 배터리팩 차량이 그곳으로 이동해 기기를 충전한다. 그런데 그 배터리팩 차량도 방전될 수 있다. 이때 활용할 수 있는 것이 연료전지 발전기다. 구호현장의 특성 상 강성이 높은 SUS로 제작되었다.


2014년 9월에는 미국 보잉(Boeing)의 군사용 고고도 무인항공기용 1kW급 수소발생기 프로젝트를 수주했다. 강 대표는 “처음에는 배터리를 적용했지만 비행시간이 짧고 충전이 오래 걸린다는 단점이 있었다”며 “배터리를 탑재한 무인항공기의 비행시간은 2시간인데, 연료전지 적용 시 10~12시간까지도 비행 가능하다”고 밝혔다. 하지만 NATO에서 8시간을 요구해 요구사항에 최적화했다고 한다.



NATO는 수주한 제품에 대해 순도검사, 환경제어 등 7단계에 걸친 검증을 진행하는데, 현재 휴그린파워의 수소발생기는 모든 검증을 통과하고 테스트 비행 중이다.


2017년에는 국책과제인 ‘스마트 무인항공기 프로젝트’에 한국에너지기술연구원과 함께 참여해 수소발생기를 납품했으며, 같은 해 11월에는 한국군 방산 프로젝트인 ‘근력증강 로봇용 차세대 전원’ 과제를 수주해 수행 중이다.


이외에도 인도 타타그룹 방산전략사업부, 중국 빙에너지 등에서 휴그린파워의 수소발생기술에 관심을 보이고 있다.


또한 휴그린파워는 지난 7월, 중국 베이징에서 개최된 수소·연료전지 전시회 ‘CHFCE 2018’에 참가해 최근 무서운 성장세를 보이는 중국 시장 공략에 나섰다. 당시 강 대표는 전시회 기조연설을 통해 휴그린파워의 수소발생기술을 홍보하기도 했다.




1kW급 수소발생기 양산
최근 휴그린파워는 새로운 도전에 나섰다. 바로 수소발생기의 대량생산이다. 최대 수소 발생 유량에 따라 50W, 500W, 1kW급 수소발생기의 표준 제품을 개발했으며, 이중 1kW급 제품은 지난 10월부터 양산 및 판매에 들어갔다. 50W, 500W급 제품은 내년 1월부터 시중에 선보일 계획이다.


이번 표준 제품에서 특히 역점을 둔 것은 ‘가격 저감’과 ‘사용자 편의성 향상’이다. 표준 제품은 본체와 연료 카트리지로 구성된다. 연료 카트리지를 본체에 끼운 다음 전원 버튼만 누르면 곧바로 수소를 이용할 수 있다. 따라서 수소에너지와 연료전지, 수소발생기에 대한 이해 없이도 손쉽게 사용할 수 있다.


1kW급 표준 제품을 살펴보면 최대 수소 발생 유량은 분당 15L이며, 총 1,800L의 수소를 생산할 수 있다. 시스템의 무게는 2.7kg, 에너지밀도는 300Wh/kg이다.


50W, 500W, 1kW급 표준 제품 모두 원리와 형태는 동일하다. 만약 1kW 표준 제품보다 더 많은 양의 수소를 사용해야 한다면 주문생산을 통해 연료 카트리지를 대형화하면 된다.


휴그린파워는 지난 9월 개최된 ‘FC EXPO OSAKA 2018’에서 1kW급 수소발생기 표준 제품을 처음으로 선보였으며, 지난달 10일부터 사흘간 개최된 ‘H2WORLD 2018’에서도 해당 제품을 통해 수소산업계의 이목을 모았다.
강 대표는 “현재는 화학수소화물을 시약 형태로 구매하고 있어 가격이 비싼 편”이라며 “이는 수소발생기 양산을 통해 충분히 해결 가능한 문제”라고 밝혔다.



연료전지 및 시스템 통합 기술
휴그린파워가 보유하고 있는 또 다른 핵심기술로는 ‘인티그레이션 기술’이 있다. 대부분의 연료전지 기업들이 개발 및 생산의 초점을 연료전지에 맞추고 있다. 하지만 연료전지만 있다고 해서 발전이 가능한 것은 아니다.


반면 휴그린파워는 연료전지를 개발하는 것은 아니지만 어떤 연료전지라 하더라도 제어 및 인티그레이션 할 수 있는 최적화 통합 지원 기술을 보유하고 있다. 또한 자체 기술로 개발한 알고리즘을 통해 전체 수소 유량을 조절하거나 전력을 제어하는 것도 가능하다.


강 대표는 “휴그린파워의 수소발생기는 수소를 필요로 하는 곳이라면 어디서든 활용 가능하다”라며 “안전하면서도 누구나 손쉽게 사용할 수 있는 수소발생기술을 통해 수소산업의 저변을 넓혀 나갈 것”이라고 의지를 전했다.




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