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H2WORLD 특집 ② 수소·연료전지 현재·미래 기술·제품 ‘한눈에’

수소전기차 보급 차종 확대로 부품사 동반성장 기대
프로파워, 정부 움직임에 지게차용 DMFC 상용화 ‘눈앞’
연료전지시스템 제조사 중 건물용 진출 앞둔 ‘범한산업’ 주목
SOFC 상용화 추진하는 ‘STX중공업’ 및 ‘미코’에도 큰 관심
수소연료탱크 시장, 일진복합소재에 이어 ‘태광후지킨’ 빅뱅 예고
하이드로제닉스·우드사이드 등 한국시장 진출 의지 강해


[월간수소경제 이종수 기자] ‘제1회 창원국제수소에너지전시회&포럼(이하 H2WORLD 2018)’이 지난달 12일 그 화려한 막을 내렸다.


수소사회를 견인하고 수소산업 활성화와 글로벌 수소산업 중심 국가 도약을 목표로 올해 처음 개최된 ‘H2WORLD 2018’은 국내·외 수소산업 생태계를 한자리에서 확인할 수 있는 장이 됐다.


‘H2WORLD 2018’ 전시장에는 9개국(한국, 일본, 중국, 미국, 캐나다, 호주, 이탈리아, 스웨덴, 독일) 75개 기업이 참여해 연료전지시스템, 수소전기차·부품, 수소·연료전지 소재 및 어플리케이션, 수전해 등 수소생산기술, 수소충전인프라 설비 등 다양한 기술과 제품을 소개하며 수소 산업생태계의 확장 가능성을 보여줬다.


수소전기차·드론 등 모빌리티 총출동
먼저 관람객들의 큰 관심이 쏠린 모빌리티관에서 단연 돋보인 것은 역시 ‘수소전기차’였다.


현대차는 수소전기차 ‘넥쏘’와 3세대 수소전기버스를 전시했다. 넥쏘는 지난 3월 출시돼 큰 인기를 얻고 있는 미래형 SUV 차종이다. 정부는 내년에 2,000대분의 수소전기차 구매보조금 예산안을 편성해 넥쏘의 보급 확대가 기대된다.


현대차는 이미 2018 평창동계올림픽대회 때 3세대 수소전기버스를 투입해 그 성능을 입증받았다. 특히 지난달 22일부터 국내 최초로 울산 시내버스 정규노선에 수소전기버스가 시범운행을 시작했다. 이번 울산을 시작으로 내년에는 30대의 수소전기버스가 전국 주요 도시의 정규 버스노선에서 시범 운행될 예정이다. 정부는 오는 2022년까지 수소전기버스 1,000대를 보급할 계획이다.


현대차는 오는 2020년부터 스택 내구성을 비롯한 차량 성능을 한 단계 더 업그레이드한 차세대 수소전기버스 양산을 시작한다. 내년에는 수소전기트럭도 출시할 예정이다.


현대차는 승용차(넥쏘)에 이어 상용 수소전기차도 본격 수출한다. 우선 내년부터 5년 동안 스위스의 수소 에너지기업 H2Energy에 수소전기 대형 트럭 총 1,000대를 공급한다. 아울러 오는 2025년까지 프랑스에 승·상용 수소전기차 5,000대 수출도 예정돼 있다. 


현대차의 관계자는 “내년에 수소전기트럭이 출시되면 지난 2013년 투싼ix 수소전기차 세계 최초 양산, 2018년 차세대 수소전기차 넥쏘 출시로 다져온 글로벌 수소전기차 리더십이 승용에서 상용 부문으로까지 확대될 것”이라고 말했다.


현대차의 수소전기차 보급 차종 및 해외 수출 확대는 부품업체들의 동반 성장을 기대케 하는 대목이다.



수소전기버스 바로 옆으로는 프로파워의 직접메탄올연료전지(DMFC)파워팩이 장착된 지게차가 굳건히 자리를 지켰다. 프로파워가 국책과제로 개발하고 실증까지 마친 지게차용 DMFC는 관련 인증기준이 없어 상용화가 이뤄지지 않고 있다.


황상문 프로파워 연구소장(전무)은 “최근 국무조정실과 전북도 주관으로 실시된 규제혁신 현장간담회를 통해 정부가 내년 5월까지 KS표준화 개정을 완료해 인증이 가능토록 한다는 방침으로 알고 있다”며 “그동안 애타게 기다려 왔던 연료전지 지게차의 상용화가 하루빨리 이뤄지길 기대하고 있다”고 밝혔다.


프로파워는 직접메탄올연료전지-배터리 하이브리드 시스템도 선보였다. 이미 지게차에 적용할 수 있는 것처럼 도서 산간지역 가정용 비상전원, 이동통신중계기(백업 전원), 무정전 전원공급장치(UPS), 청소차, 방송 차량, 드론 등 다양한 분야에 응용이 가능하다.  


양정욱 프로파워 부설연구소 주임연구원은 “섬이 많은 동남아시아 등에서는 문의가 많이 들어오고 있어 향후 해외에서 이 시스템의 수요가 늘어날 것으로 기대하고 있다”고 말했다. 


모빌리티관에는 하이리움산업의 이동식 액화수소 스테이션과 수소연료전지 드론, 넥스컴스의 수소연료전지 드론도 함께 전시됐다.



하이리움산업의 이동식 액화수소 충전소는 저압(3기압)의 액화수소를 1,000~7,500L 저장·운반할 수 있으며, 하루에 최대 100대의 수소전기차를 700기압으로 충전할 수 있다. 고정식 수소충전소와 달리 압축기와 냉동기가 필요하지 않아 설비비 및 운영비용을 절감할 수 있다.


최근 산업통상자원부가 ‘이동식 수소자동차 충전소 시설기준 등 특례기준’을 고시함에 따라 이동식 수소충전소의 상용화가 가능해졌다.


민정기 하이리움산업 이사는 “우선 기술적 완성도를 높이는 데 주력하고 있다. 국내에서 우리의 이동식 수소충전소를 구매하겠다는 곳이 여럿 있지만 현재 국내에서는 액화수소 방식이 시기상조라고 판단하고 해외 수출에 더 치중할 계획”이라며 “약 4~5년 정도 해외에 수출하고 나면 국내도 액화수소 시장이 무르익을 것으로 보고 해외수출 실적과 경험을 바탕으로 국내에서도 본격 판매에 나설 것”이라고 밝혔다. 


하이리움산업은 독자적인 기술로 개발한 액화수소 드론파워팩이 장착된 무인항공기용 드론 시연에서 세계 최초로 5시간 비행에 성공했다. 현재 모든 드론에 활용할 수 있는 수소 파워팩과 자체 브랜드 드론을 개발 중이다.


넥스컴스는 산업통상자원부 지원과제(2018 에너지기술개발사업)로 개발한 9kW급 초경량 수소연료전지(PEMFC) 드론을 선보였다. 최대이륙중량은 70kg, 적재무게(Payload)는 20kg, 항속시간은 1시간으로, 복합재료를 적용해 기존 배터리 대비 37% 경량화가 가능하다. 또 신개념 열교환시스템이 적용된 스택이 사용됐다.



연료전지시스템 제조사 대거 참여
두산퓨얼셀, 에스퓨얼셀, 범한산업, STX중공업, 경동나비엔, 미코 등 연료전지시스템 제조사들도 대거 참여했다.


특히 범한산업 전시 부스에 많은 관람객이 몰렸다. 잠수함용 연료전지에 이어 건물용 연료전지시스템 출시를 앞두고 있어서다.


국내 기술로 설계·건조돼 지난 9월 진수식이 진행된 3,000톤급 차기 잠수함 ‘도산안창호함’에 범한산업의 수소연료전지가 탑재됐다. 전 세계적으로 독일 지멘스에 이어 범한산업이 두 번째로 잠수함용 연료전지 상업화에 성공한 것이다.


이러한 잠수함용 연료전지 기술력을 바탕으로 내년부터 건물용 연료전지 판매에 나설 예정이다. 건물용 연료전지(5kW, PEMFC) 제품은 도시가스 및 수소용 총 2개 타입이 있다.


범한산업은 스웨덴 파워셀의 부생수소용 및 UPS(무정전전원장치)용 연료전지 스택 및 시스템을 국내에 독점 공급한다.



지난달 15일 연료전지업계 최초로 코스닥에 상장된 에스퓨얼셀도 큰 관심을 받았다. 에스퓨얼셀은 6~10kW급(모듈형) 및 1~5kW급(일반형) 건물용 연료전지시스템뿐만 아니라 수소스테이션, 상업용 건물의 보조전원 및 비상용 발전장치 역할이 가능한 수소발전시스템을 소개했다. 


건물용 연료전지 시장 1위인 에스퓨얼셀은 발전용으로 시장을 확대하기 위해 후지전기의 PAFC 시스템을 국내에 본격 보급할 예정이다. 이 시스템은 100kW의 정격출력과 수소 사용 시 48%의 발전효율을 갖는 고효율 발전시스템으로, 도시가스 및 순수 수소, 바이오가스 등을 사용해 다양한 장소에 적용할 수 있다.


에스퓨얼셀은 신재생에너지 하이브리드 전원시스템으로 수소에너지의 미래 모습도 보여줬다. 이는 재생에너지와 수전해 및 연료전지시스템이 결합한 미래형 전원시스템이다.


김민석 에스퓨얼셀 연구소장은 “실제 강릉에서 모기업인 에스에너지를 주관사로 하는 ‘전원 독립형 연료전지-태양광-풍력 하이브리드 발전기술’ 실증사업에 참여 중”이라고 말했다.



STX중공업은 1kW SOFC(고체산화물연료전지) 시스템인 ‘encube’를 선보였다. 이 제품은 지난 2월 국내 SOFC 시스템 최초로 한국가스안전공사(이하 KGS) 가스기기인증(KGS AB934)을 획득한 데 이어 지난 9월에는 국내 최초로 SOFC 시스템 설계·제작 및 운전 제어 기술에 대해 녹색기술인증까지 받으며 상용화를 위한 행보를 가속화 하고 있다.


이동원 STX중공업 신사업센터장은 “다양한 인증을 통해 기술력을 인정받고 자체 기술력을 더욱 공고히 해 중·대형 시스템까지 사업 영역을 확장할 계획”이라고 말했다.


미코가 개발한 2kW급 SOFC 시스템(상표명 : TUCYⓇ)도 눈에 띄었다. 이 제품도 지난 9월  KGS 가스기기인증(KGS AB934)을 획득해 상용화에 한 걸음 내딛게 됐다.


김동규 미코 이사는 “미코의 2kW SOFC 시스템은 정격출력에서 51.3%의 발전효율을 나타내 국내 공식 최고 효율을 기록했다”라며 “이는 지난해 상용화를 개시한 교세라(일본)의 3kW 건물용 SOFC 시스템의 발전효율 52%와 견줄만한 높은 수준”이라고 설명했다.


연료전지 핵심부품 및 주변기기 업체들도 자사 제품 홍보에 열을 올렸다.


현대차의 수소전기차에 연료전지 분리판 가스켓, 흡기구, 고무 제품 등을 공급하고 있는 동아화성은 건물용 연료전지 분야로 영역을 넓히고 있다. 현재 국책과제로 6kW 건물용 연료전지 스택을 한국가스공사, 두산 등과 함께 개발 중이다. 현재 실증단계로 내년까지 실증을 완료한다는 계획이다. 특히 이 제품은 국내 최초의 고온(120~170℃) PEMFC 방식으로 개발된다. 현재 캐나다 기업과 제품 적용을 협의 중이다.



동아화성의 관계자는 “국내는 저온(70~80℃) PEMFC가 지배하고 있다”라며 “고온 PEMFC는 저온 PEMFC 대비 연료의 불순물에 대한 내성이 강하고, 고온의 폐열 발생으로 발전효율 및 열 활용 측면에서 유리하다”고 설명했다.


지필로스는 600W~100kW급 연료전지시스템용 및 50W~500kW급 에너지저장장치(ESS)용 전력변환장치(인버터)를 전시했다. 연료전지시스템용 인버터는 세계 최초로 GaN 전력 반도체를 적용해 상용화한 것으로, 세계 최고 수준의 전력변환효율을 실현했다.


ESS용 인버터는 국내 최초로 산업융합적합성 인증(Hybrid ESS용 PCS)을 획득했으며, 재생에너지 연동 기능을 지원한다.


강병근 지필로스 이사는 “최근에는 재생에너지 잉여전력을 저장·분배해 저렴하면서도 안정적으로 수소를 생산할 수 있는 하이브리드 수소변환 및 저장장치를 개발하고 있다”고 밝혔다.



지필로스(주관사)는 국책과제(산업통상자원부 에너지기술개발사업)로 한국중부발전, 한국가스안전공사, 수소에너젠, 제주대학교 등과 공동으로 ‘재생에너지 잉여전력 수소변환 시스템’ 개발을 지난해부터 시작했으며, 제주도에서 실증을 실시할 예정이다.


수소충전인프라 장비·기술 관심 높아
제이엔케이히터, 이엠솔루션, 광신기계공업, 지티씨, 한국유수압 등 수소충전인프라 제조업체들도 다양한 수소충전 장비와 기술을 선보였다.


최근 의욕적으로 수소충전소 구축사업을 준비하고 있는 제이엔케이히터는 자체 개발한 천연가스·LPG 개질 수소제조설비를 선보였다. HIIS-250 및 HIIS-500 모델이 있는데 각각 수소생산 규모는 250kg/day, 500kg/day이다. 


제이엔케이히터는 환경부의 ‘수소충전소 민간자본 보조사업자’로 선정된 이후 인천광역시 서구 가좌동 태양LPG충전소 내 천연가스 개질 수소제조설비를 갖추고, 여기서 생산된 수소를 압축·저장 후 공급하는 LPG-수소 복합충전소를 2019년 4월 말까지 구축해 운영할 예정이다.


국내 최초로 충전소에서 도시가스를 개질해 수소를 생산, 700bar 압력으로 수소전기차 및 수소버스에 충전하는 온사이트(현지 생산) 방식이다.


조현석 제이엔케이히터 상무는 “이번 온사이트 수소충전소 구축을 시작으로 내년부터 본격적으로 수소충전소 구축사업에 참여해 온사이트 방식 수소충전소 확산에 나설 계획”이라고 말했다.


광신기계공업과 지티씨는 각각 자체 개발한 수소충전소용 수소압축기를 집중 홍보했다. 광신기계공업의 수소압축기는 토출압력이 900bar까지 가능하다. 지티씨는 700~1,000bar급 수소압축기를 전시했다.


광신기계공업은 현대차의 고속도로 휴게소 수소충전소 4기 중 여주휴게소(강릉방향)에 이어 최근 안성휴게소(서울방향)까지 수주하는 등 꾸준하게 수소충전소 구축사업을 펼치고 있다.


한국유수압은 수소충전소용 유압식 왕복동 수소 부스터 패키지 시스템과 수소 테스트용 에어구동형 수소 부스터 시스템, BUTECH의 수소용 고압 밸브 및 피팅 등을 선보였다. 수소충전소용 유압식 왕복동 수소 부스터 패키지 시스템은 최대 1,000bar까지 압축이 가능하고 이미 국내 수소충전소에 적용되고 있으며, CE 및 ATEX 인증까지 받았다.



특히 MS이엔지가 수소충전소용 디스펜서(모델명 H70, 70MPa)를 선보여 관람객들로부터 큰 관심을 받았다. 일본 다쓰노(TATSUNO)와 기술협력을 통해 개발한 디스펜서는 마이크로채널 열교환기를 적용하고, 콤팩트한 디자인으로 공간 활용을 극대화했다. ‘MS TATSUNO’라는 브랜드로 출시하는 이 디스펜서의 제조는 MS이엔지가, 판매는 MS이엔지와 한국다쓰노가 각각 맡는다. 최병철 MS이엔지는 대표는 “이번에 선보인 수소디스펜서는 ASME ‘U’ 스템프 및 KGS 검사품으로 초소형 매스 플로우미터(1.3ℓ, 4.5kg)와 자체 개발한 1,000bar급 초고압안전밸브를 채용했다”라며 “국내에서도 방폭인증(KCs)을 받았고, 계량정밀도 또한 ±0.5%d로 매우 우수하다”고 소개했다. 최 대표는 “현재 건설 중인 국내 수소충전소의 수소디스펜서 3기를 수주해 11월 중 처음으로 납품할 예정”이라고 밝혔다.


다양한 수소연료탱크 선보여 
태광후지킨, 일진복합소재 등 수소연료탱크 제조업체들도 참여했다.

  
다양한 수소연료탱크 개발에 적극 나서고 있는 태광후지킨은 버스·트럭 등 상용 수소전기차용, 이동식 수소충전소용, 수소연료전지 드론용 수소저장용기를 선보였다.


수소전기차용 수소연료탱크(Type 4)는 국내에서 가장 큰 용량(300L)으로, 공급압력이 기본적으로 700bar이지만 최대 1,050bar까지 가능하다. 현재 수소전기버스에 납품하기 위한 협의를 진행 중이다. 


장익우 태광후지킨 차장은 “현재 국내에는 Type 4 수소연료탱크에서 700bar 300L짜리 규정이 없는데 내년 1분기 중 관련 법령이 나오면 KGS 인증을 추진하고, EC 79(유럽) 인증까지 계획하고 있다”고 설명했다.


이동식 수소충전소 수소연료탱크(820bar)는 현재 국책과제로 개발 중이다. 수소연료전지 드론용(Type 4)은 공급압력 350bar, 용량은 10.8L로, 올해 안으로 KGS 인증을 받고, 내년에는 해외인증(AC 418/ISO 11119-3)까지 추진할 계획이다.



이미 현대차의 수소전기차에 수소연료탱크를 공급하고 있는 일진복합소재도 수소전기차(승용차·버스)용 및 수소연료전지 드론용 수소연료탱크를 전시했다. 일진의 수소연료탱크는 KGS,  EC 79, ECE R 134(GTR), KHK 인증을 받아 국내·외서 그 성능을 인정받고 있다.


우드사이드 등 해외기업 홍보 열기 
글로벌 연료전지 기술 강국인 캐나다는 국가관으로 공동 참여했다. 연료전지는 물론 수전해, 수소충전소 구축장비 등 다양한 수소·연료전지 제품군을 보유한 하이드로제닉스를 비롯해 중국 수소전기버스에 핵심부품인 스택을 공급하는 발라드파워시스템즈 등 5개 기업이 참여했다.


하이드로제닉스는 최근 중국에서 1,000개 이상의 수소전기버스용 연료전지를 공급하는 프로젝트뿐만 아니라 태국에서는 1MW 규모의 PEM 수전해시설과 100kW급 연료전지시스템을 사용해 전력을 생산하는 프로젝트에 집중하고 있다. 독일에서는 알스톰(Alstom)사가 제작한 수소열차에 연료전지를 공급하는 프로젝트를 추진 중이다.


하이드로제닉스는 한국에서 재생에너지+수전해 방식의 수소충전 인프라 구축사업 기회를 모색하고 있다.


호주도 국가관으로 글로벌 기업인 우드사이드 등 3개의 기업 및 기관이 공동 참여했다. 특히 우드사이드는 수소융합얼라이언스추진단 회원사로 가입한 데 이어 한국가스공사와 수소 분야 협력 강화를 위한 양해각서를 체결하는 등 국내 수소산업에 큰 관심을 보이고 있다.


앤드리아 골트 우드사이드 기술부장은 “우드사이드는 상류부문 자원개발, LNG·Oil 생산, 시추탐사 등의 경험을 바탕으로 호주의 풍부한 천연가스와 재생에너지를 통한 수소생산 프로젝트를 준비하고 있다”라며 “한국에서 수소충전 인프라 구축에 참여할 계획에 있는 등 한국의 수소산업에 많은 관심을 가지고 있다”고 말했다.


MTFC와 FCI는 이탈리아 기업 솔리드파워의 SOFC 시스템을 선보였다. 솔리드파워의 SOFC 시스템 ‘BlueGEN’은 1.5kW, 6kW의 두 종류가 있고, 발전효율은 60%이다. 1.5kW 모델은 내년부터, 6kW 모델은 내후년 말이나 2021년부터 국내에서 생산될 예정이다. 이와 관련해 솔리드파워, MTFC, FCI, 대전시가 손잡고 50MW급 생산 공장을 구축할 계획이다. 현재는 유럽에서 생산한 제품을 수입하고 있다.



솔리드파워의 BlueGEN 시스템은 올해 초 1,000대 보급을 돌파했다. 1,099번째 유닛이 대전 MTFC 본사에 설치돼 구동 중인데 H2WORLD 전시회장에서는 해당 연료전지시스템의 구동 상황을 실시간으로 모니터링 하는 모습을 보여줬다.


스웨덴의 샌드빅은 스테인리스 스틸 및 특수 합금 관련 기술을 살려 연료전지(SOFC, PEMFC) 양극 플레이트용 코팅 스틸 스트립을 제조하는 기업이다. 지난 2014년부터 이동식 수소충전소, 수소전기차 등과 관련한 프로젝트에 참여하고 있으며, 2015년에는 AGA, 샌드비켄시와 고정식 수소충전소 설립을 위한 협력관계를 맺었다. 재생에너지를 활용한 수소생산 실증에도 참여 중이다.


샌드빅의 관계자는 “스웨덴은 수소 관련 업체들이 있지만 수소연료탱크나 연료전지 시장이 활성화 돼 있지 않다”라며 “샌드빅은 스웨덴의 작은 시장을 벗어나 미국, 유럽, 아시아 시장에 진출하고자 한다”고 말했다.


미국 기업 PDC 머신즈는 수소충전소용 수소압축기 제조업체로, 전 세계적으로 350여 개 수소압축기를 공급했다. 지난 4월 파트너사인 IVYS 에너지솔루션즈와 컨소시엄을 구성해 일본에 수소지게차용 충전설비를 설치했다. 이 컨소시엄의 대표 제품인 ‘Simplefuel’은 수전해 방식의 온사이트형 수소충전소 설비이다. 


독일 멕시메이터는 유압 및 공압 관련 제품과 고압 테스트 장비를 공급하는 업체로, 수소전기차 제조업체를 위한 수소 테스트(강성·누설·내구도·폭발 등) 장비와 1,500bar에 대응할 수 있는 밸브 및 피팅, 수소 부스터 등을 취급하고 있다.


중국의 푸잔 스노우맨은 개방형 및 반 밀폐형 스크류 압축기와 피스톤 압축기를 제조하는 기업으로, 한국 등 아시아 시장 진출에 강한 의욕을 보이고 있다. 이미 한국에서 압축기에 대한 방폭인증을 마친 상태이다. 연료전지용 공기 시스템 등 연료전지 분야도 신사업으로 개척해나가고 있다.


스노우맨의 관계자는 “H2WORLD는 수소연료전지 분야 기술·제품을 한자리에 모아 집중적으로 전시한다는 점에서 매력적인 전시회”라며 “이곳에 와서 많은 신제품과 기업들을 만날 수 있어 만족스럽다. 특히 중국은 연료전지가 모빌리티 분야에 집중돼 있는데 H2WORLD 전시장에 와보니 다양한 분야의 연료전지가 있음을 알게 됐다”고 말했다.




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