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상용화 발걸음 재촉하는 국내 SOFC 업계

SOFC, 발전효율이 높으며 융복합 통한 확장성이 뛰어나 다양한 활용 기대돼
STX중공업·미코·경동나비엔 필두로 국내 10여 개 기업서 SOFC 시스템 개발 중
SOFC 산업화 포럼, SOFC 기술의 산업화 위해 다양한 대내외 활동 추진 중


[월간수소경제 송해영 기자] 지난달 10일부터 사흘간 개최된 ‘H2WORLD(창원국제수소에너지전시회&포럼) 2018’에서는 에스퓨얼셀, 두산퓨얼셀, 범한산업 등 여러 연료전지 시스템 기업들이 참가해 자사의 기술과 연료전지 시스템 제품을 소개했다. 이미 상용화된 제품들로 이들 모두 PEMFC 기반 기술이다.


반면 특정 코너에 눈길을 잡는 이색 현수막이 걸렸다. 현수막에는 ‘SOFC STREET’이라고 적혔다. ‘SOFC 산업화 포럼’ 정회원사 중 7개 업체가 공동관을 꾸려 참가한 것.


이들 업체는 최근 한국가스안전공사(이하 KGS) 가스기기인증을 획득해 상업화에 바짝 다가선 STX중공업, 미코 그리고 SOFC 시스템 개발을 완료한 경동나비엔, 피앤피에너지텍, SOFC 소재 개발로 시작해 최근 바이오연료 SOFC 개발까지 외연을 확장하고 있는 케이세라셀 등으로 국내 모든 SOFC 개발 현황을 한자리에서 체크할 수 있는 흔치 않은 기회를 선사했다.


높은 발전효율 자랑하는 SOFC
연료전지는 전해질과 촉매, 작동온도 등에 따라 크게 네 가지로 나눌 수 있다. 그중 고체산화물 연료전지인 SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)는 고체 세라믹을 전해질로 하며 850℃ 가량의 고온에서 작동한다.


여타 연료전지와 비교해 발전효율이 가장 높으며 융복합을 통한 확장성이 좋다. 현재는 가정·건물·발전용으로 활용되고 있지만, STX중공업은 선박용 SOFC 시스템을 개발 중이며 일본 기업인 닛산은 바이오에탄올을 연료로 하는 차량용 SOFC 시스템을 선보인 바 있다.


해외의 SOFC 개발 동향
해외의 SOFC 개발은 어떠할까. 먼저 일본은 PEMFC로 출발했지만 지금은 SOFC가 대세라 해도 과언이 아니다. 지난해인 2017년을 ‘SOFC 산업 원년’으로 선언했을 정도다.


대표적인 기업이 아이신이다. 이 기업은 2016년 700W급 SOFC 시스템을 출시해 현재까지 10만 대 가량을 보급했다. 교세라는 3kW급, 미우라는 4.2kW급 SOFC 시스템을 개발했으며, 도쿄가스는 5kW급 SOFC 시스템 시제품을 선보였다. 히타치조선은 지난해부터 20kW급 산업용 SOFC 시스템 실증까지 나서고 있다.


유럽에서는 이탈리아의 솔리드파워가 1.5~6kW급 SOFC를 개발해 판매 중이다. 솔리드파워는 마이크로소프트 데이터센터에 연료전지 시스템을 납품하며 대형 연료전지 시장으로의 진입을 알렸다. 마찬가지로 이탈리아 기업인 Convion은 바이오가스를 연료로 하는 58kW급 SOFC 시스템을 개발해 지난해 11월부터 실증 운영 중이다.


미국 역시 250kW급 SOFC 시스템을 출시한 블룸에너지를 중심으로 분산발전용 대용량 SOFC 상업화에 나서고 있다. 이 기업은 최근 국내 발전용연료전지 시장에도 참여해 국내 업체들이 바짝 긴장하고 있다.


본격적인 상업화 앞둔 국내 SOFC 업계
현재 국내에서는 STX중공업, 미코, 경동나비엔을 비롯해 10여 개 업체가 SOFC 시스템을 개발 중이다.



STX중공업은 1kW급 SOFC 시스템 ‘encube’를 통해 지난 2월 국내 SOFC 시스템 최초로 KGS 가스기기인증을 획득하며 SOFC 시스템의 상용화 가능성을 확인시켰다. 이어 지난 9월에는 국내 최초로 SOFC 시스템 설계 및 제작, 운전, 제어기술에 대해 녹색기술인증을 받으며 상용화를 위한 발걸음을 재촉하고 있다.


이동원 STX중공업 신사업센터장은 “STX중공업은 지난 2015년 국내 최초로 SOFC 시스템 시제품에 대해 2,000시간 연속 운전을 2회 이상 달성한 바 있다”며 “시스템의 완성도를 더욱 높이기 위해 한국에너지기술평가원의 2018년 하반기 과제인 ‘kW급 건물용 SOFC 시스템 상용화 기술 개발’ 과제 참여를 제안한 상태”라고 밝혔다. 이와 더불어 올해 중 내부적으로 5,000시간 이상 연속 시험 운전에 착수한다는 계획이다.



다음으로 상업화가 기대되는 곳이 미코다. 미코는 2kW SOFC 시스템 ‘TUCY짋’를 통해 지난 9월 KGS 가스기기인증을 획득했다. 정격출력에서 ‘TUCY’의 발전효율이 51.3%에 달해 국내 공식 최고 효율을 기록했다. 일본 교세라의 3kW 건물용 SOFC 시스템의 발전효율(52%)과도 견줄 만한 수준이다.


2011년부터 연료전지 시스템 개발에 착수한 경동나비엔은 ‘H2WORLD 2018’을 통해 750W급 SOFC 시스템을 선보였다. 경동나비엔은 ‘하이브리젠 SF 시리즈’를 통해 SOFC 외에도 다양한 타입의 연료전지 시스템을 개발 중이다.



경동나비엔은 올해 중으로 상업화를 위한 인증을 획득하고 2020년부터 양산에 돌입할 계획이다. 전시회를 통해 선보인 것은 750W급 가정용 제품이지만, 내부적으로는 건물·발전용 시장으로의 진출도 고려 중이다.


경동나비엔의 관계자는 “경동나비엔은 차세대 에너지로서 ‘수소’를 주목하고 있다”며 “회사의 주력 제품이 가정용 보일러다 보니 연료전지도 가정·건물용 시장을 타깃으로 개발하게 되었다”고 밝혔다.


피앤피에너지텍은 연료전지 시험장치 개발 및 제조를 통해 얻은 노하우를 살려 1kW급 SOFC 시스템 개발에 성공했다. 개질기 전문기업이며 최근 발맥스기술과 MOU를 체결한 에이치앤파워 역시 3kW급 SOFC 시스템 개발에 성공해 내부 실증을 진행 중이다.



이외에도 MTFC, FCI 등의 기업이 SOFC 시스템 개발을 진행 중이며, LG퓨얼셀시스템즈 등 국내 대기업 2곳에서도 SOFC 시스템 개발에 적극 나서고 있는 것으로 알려졌다.


또한 케이세라셀, 삼전순약, 유니온머티리얼, EG 등의 기업들은 SOFC 관련 연료전지 소재 및 부품 개발을 추진 중이다.


‘SOFC 산업화 포럼’ 통한 공동 대응
국내 SOFC 산업계는 타 연료전지 기술에 비해 상용화가 더딘 만큼 개별적 마케팅보다는 협력 대응에 적극 나서고 있다. 지난 2015년 관련업계는 ‘SOFC 산업화 포럼’을 발족했다. 포럼은 SOFC 소재 및 부품, 시스템 개발사들이 주축으로 결성됐다. 회장사는 STX중공업이며 정회원사는 총 18개사다. 이중 SOFC 시스템 개발을 추진하고 있거나 계획 중인 기업은 7개사에 이른다.


SOFC 산업화 포럼은 정부 부처 및 공공기관을 대상으로 공동 사업을 제안하고 있다. 또한 포럼이나 간담회 등 대내외 행사를 정기적으로 추진함으로써 시장 진출에 안간힘을 쓰는 모양새다. 주요 전시회도 공동관을 꾸려 참가한다. 지난달 개최된 ‘H2WORLD 2018’에서도 SOFC 산업화 포럼 공동관을 통해 국내 SOFC 기술 동향을 한자리에서 볼 수 있도록 했다. 이와 더불어 전시회 기간 중 ‘SOFC 산업화 포럼 총회’를 개최해 결속을 다졌다.


초대 회장사는 STX중공업이 맡았다. 이 회사 신사업센터장인 이동원 소장이 포럼 초대 회장이다. 이 회장은 지난달 11일 H2WORLD 포럼인 ‘국제연료전지포럼’에서 “SOFC를 비롯한 연료전지 시스템은 전기·화학적 특성을 갖고 있기 때문에 IT와의 연계나 에너지 매니지먼트 등의 면에서 유리하다”고 했다. 또한 그는 “개질기, 열교환기, 고온부품류 등의 새로운 부품을 활용하기에 다양한 산업에 대한 성장 가능성을 제공할 수 있다”면서 SOFC 기술 및 산업적 특성을 알리는데 주력했다.


<미니인터뷰 | 이동원 STX중공업 신사업센터장(SOFC 산업화 포럼 회장)>


SOFC 업계 과제, 대량생산 유발 위한 보급사업 기획
“대규모 실증 및 보급사업 통해 보다 명확한 사업 계획 세울 수 있어”




최근 국내 최초로 SOFC 시스템 설계와 제작, 제어 기술에 대해 ‘녹색기술인증’을 획득했는데. 이번 녹색기술인증 획득의 의의는 무엇인가.


한국산업기술진흥원이 주관하는 녹색기술인증은 에너지와 자원을 절약하고 효율적으로 사용해 온실가스 및 오염물질의 배출을 최소화하는 기술에 대해 기술 수준 및 목표, 기술의 혁신성과 차별성, 사업화 타당성 및 기술적 파급효과 등을 평가해 인증서를 발급하는 제도다.


이번 녹색기술인증 획득의 첫 번째 의의는 ‘시스템 기술의 유형화’다. SOFC의 경우 스택 기술에 대한 관심이 높은데, 이번 인증 획득을 통해 시스템 기술에 대해서도 일정 부분 인정을 받은 셈이다. 또한 표제의 설계와 제작, 제어 등 시스템 전반에 관한 기술 모두 STX중공업에서 자체적으로 개발한 기술이라는 사실을 검증받을 수 있었다는 점에서 의의를 갖는다.


H2WORLD 기간 중 ‘SOFC 산업화 포럼 총회’를 개최했다. 총회에서는 어떤 이야기가 오고 갔나.


최근 연료전지 시스템 제조사인 두산퓨얼셀과 판형열교환기 제조사인 이노윌이 SOFC 산업화 포럼에 새롭게 가입하면서 이번 총회를 통해 다른 정회원사 관계자들에게 두산퓨얼셀과 이노윌을 소개하는 시간을 가졌다.


이어 2018년 포럼 운영을 결산하고 2019년 사업계획 등을 점검했다. 계획 중인 사업을 하나 소개하면 한국에너지기술평가원의 연료전지 시스템 실용화 사업이다. 수행기관인 STX중공업과 미코뿐만 아니라 SOFC 산업화 포럼 정회원사 모두가 참여해 힘을 합쳐야 한다는 점을 강조했다.


마지막으로는 최근 정부의 ‘수소경제’ 공론화와 관련해 수소 및 연료전지 업계 전반의 분위기를 돌아보고, SOFC 업계가 준비해야 할 것들을 점검했다. 현재 건물용 SOFC 업계의 당면 과제는 연료전지 시스템의 대량생산을 이끌 수 있는 대규모 실증 및 보급사업을 기획하는 것이다. 이를 통해 각 기업들은 사업 계획을 보다 명확히 세울 수 있으며, 해당 사업 계획을 근거로 공격적인 투자를 단행함으로써 산업 성장의 근간을 마련할 수 있을 것이다. 이는 정부가 바라는 에너지 신산업 확대 및 일자리 창출 등으로도 이어질 수 있다.


SOFC 산업화 포럼 회장사로서 앞으로의 각오는.


SOFC 산업화 포럼은 SOFC의 상업화 시점을 앞당기기 위해 출범되었다. STX중공업은 초대 회장사로서 지난 4년간 다른 정회원사들과 힘을 합쳐 SOFC를 알리기 위해 많은 노력을 해왔다. 덕분에 이제는 어느 정도 그 존재감을 확보했다고 본다. 하지만 이제부터가 시작이다.


건물용 SOFC 업계의 현재 목표는 앞서 언급했듯 SOFC 시스템의 대량생산으로 이어질 수 있는 사업을 기획하는 것이다. 이를 위해서는 국회나 정부 부처, 에너지공단 등에 사업의 필요성을 알리고 기업들 스스로도 기술적으로 내실을 다져야 한다. STX중공업은 회장사로서 이러한 부분을 점검 및 독려하고 있다.


SOFC 산업화 포럼 회원사들이 대부분 작은 기업이다 보니 한때는 ‘생존’을 걱정하기도 했다. 하지만 정부의 관심이 연료전지로 모이고 있는 만큼, SOFC 시스템의 실질적인 상업화가 실현될 때까지 노력을 이어갈 것이다.

SOFC 시스템과 관련해 STX중공업의 향후 개발 계획은.


앞으로 STX중공업은 kW급 연료전지 기술 및 제품을 토대로 가정·건물용 연료전지 시장에 진출할 것이다. 이를 위해 한국에너지기술평가원의 ‘SOFC 실용화’ 사업, 정부 및 지자체의 기획 사업 등을 통해 시장에 대해 배우고 사업 다각화를 위한 준비에 나설 계획이다.



중장기적으로는 중대형 건물 및 발전용 시장을 타깃으로 중형 연료전지를 개발할 계획이다. 또한 늦어도 2030년까지는 당초 사업 목표였던 선박용 연료전지 개발을 완료하고 시장에 진출하고자 한다.


<미니인터뷰 | 김동규 미코 이사>


국내 SOFC 산업, 장기적으로 봤을 때 자생 가능성 높아
“5~10kW급 시스템 개발 통해 대규모 발전용 분산시장 진출이 목표”




최근 미코의 2kW SOFC 시스템 ‘TUCY’가 한국가스안전공사의 ‘설계단계검사’에 최종 합격했는데 상업화를 위해 앞으로 남은 과정은.


앞으로 ‘생산단계검사’가 남아있다. 생산단계검사는 설계단계검사를 통과한 제품을 대상으로 진행되며, 해당 제품이 출고 및 판매되기 전에 설계단계검사와 동일한 제품이 생산된 것이 맞는지를 검사하는 과정이다. 따라서 앞으로 미코는 시장 수요에 맞춰 SOFC 시스템을 생산하고, 출고 시점이 다가오면 한국가스안전공사에 생산단계검사를 요청할 계획이다.


‘TUCY’는 51.3%라는 높은 발전효율을 기록했다. 이를 가능케 한 기술적 요인으로는 어떤 것들이 있나.


우선 시스템의 연료 공급이 안정적이다. 또한 열관리 최적화를 통해 손실을 최소화했으며, 시스템 차압을 낮춤으로써 소비전력을 감소할 수 있었다.


이를 위해 미코는 다수의 시스템을 장기간 운전하면서 꾸준히 시스템을 개선해 왔다. 현재는 장기 운전에서의 안정성을 더욱 높이기 위해 실증 운전을 준비 중이며, 실증 운전 과정에서 최적의 발전효율과 안정성을 확보할 예정이다.


‘TUCY’의 마케팅 계획은.


우선 지자체, 기관, 가스공급사, 기업 등 다방면에 걸쳐 실증 사이트를 개발 중이다. 이러한 실증 운전을 토대로 시스템이 전국 각지에 설치되면 원격 모니터링을 통해 시스템 자체는 물론 시스템 주변 환경에 대한 데이터를 수집 및 관리할 예정이다.


향후 장기 운전에 대한 시스템의 안정성이 증명되면 규제 시장과 건물용 연료전지 시장에 본격적으로 진입하고자 한다. 친환경·고효율성과 더불어 분산발전원 및 비상발전원으로서의 장점을 적극적으로 홍보하고, 투자 및 생산 시설 증설을 통한 원가 절감 이후에는 해외 시장으로도 진출할 계획이다.


국내 SOFC 산업의 미래를 전망한다면.


현재 국내 연료전지 산업은 외국 기술에 대한 의존도가 높은 편이다. 연료전지 산업이 지속가능한 산업으로 성장하기 힘들 것이라는 견해가 많은 것도 그 때문이다. 하지만 SOFC는 국내 소재 및 부품, 시스템 개발 기업들이 오랜 기간 상업화를 준비해 왔으며 서플라이 체인도 구축되어 있다. 따라서 정책 시장에 연착륙하는 데 성공한다면 여타 연료전지 타입에 비해 자생 가능성이 크다고 본다.


SOFC 시스템과 관련해 미코의 향후 개발 계획은.


대규모 발전용 분산시장을 목표로 하고 있다. 구체적으로는 스택의 다중연결을 통해 5~10kW급 시스템을 개발 중이다. 2kW SOFC 시스템 ‘TUCY’를 통해 소규모 분산발전원 사업을 전개하는 동시에 대용량 시스템도 속히 개발될 수 있도록 불철주야 노력할 것이다.




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