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수소건설기계 ② ‘인증제도 부재’ 걸림돌 걷어낸 연료전지 지게차

배터리 지게차, 3시간 사용-8시간 충전 vs 연료전지 지게차, 6~8시간 사용-5분 충전
“글로벌 연료전지 물류 운반차량 시장, 2030년 6만 2,000대 규모 이를 것”
미국, 플러그파워 주도로 연료전지 지게차 2만 5,000대 이상 보급
전북, 국내 최초 연료전지 지게차 시범보급사업 추진…DMFC-PEMFC 각각 5대


[월간수소경제 송해영 기자] 지난 3월 ‘수소건설기계 발전포럼’이 본격적인 출범을 알리며 연료전지 건설기계에 대한 논의가 활발해지기 시작했다. 건설기계 27종 중에서도 지게차는 전북 등 지자체에서 시범보급사업을 추진하면서 스타트 라인을 넘어섰다.


연료전지 지게차는 기술 개발이 완료되었음에도 불구하고 그간 ‘인증제도 부재’로 인해 초기시장 형성에 어려움이 많았으나, 지난 1월 ‘수소경제 활성화 로드맵’ 발표를 계기로 가까운 시일 내 지게차용 연료전지 파워팩 인증기반이 마련될 것으로 보여 기대를 높이고 있다.


‘충전 시간’ 문제 해결하는 연료전지 지게차
현재 공항이나 공장, 물류창고 등의 산업 현장에서는 디젤엔진 지게차와 납축 배터리 지게차가 주로 활용되고 있다. 디젤엔진 지게차는 미세먼지를 비롯한 오염물질을 배출하는데, 지게차가 주로 실내에서 활용되는 만큼 작업자의 건강에 악영향을 미칠 수 있다.


배터리 지게차는 이용 과정에서 오염물질을 배출하지 않는다는 장점이 있지만, ‘충전 시간’ 문제에서 자유로울 수 없다. 지게차에 탑재되는 배터리의 무게는 최대 1톤으로, 배터리만 분리해 충전하는 것이 힘들다. 즉, 충전하는 동안 지게차를 사용하는 것이 불가능하다. 문제는 지게차를 2~3시간 사용하기 위한 충전 시간이 8시간에 이른다는 사실이다. 따라서 실제 필요한 지게차보다 더 많은 대수를 보유해야 하는데, 이는 산업 현장의 효율성 하락으로 이어진다. 또한 배터리는 대체적으로 3년이 지나면 새 것으로 교체해야 한다. 이 과정에서 발생한 폐배터리가 환경오염의 원인이 될 수 있다.


반면 연료전지 지게차는 5분 충전으로 6~8시간을 이용할 수 있다. 배터리에 비해 연료전지 수명이 길어 운전비용 감소 효과도 얻을 수 있다. 배터리 지게차와 마찬가지로 소음이 없고 오염물질을 배출하지 않는다.


해외에서는 연료전지 지게차를 도입하는 동시에 산업 현장 내 재생에너지 발전 전력으로 물을 분해해 그 수소로 지게차를 충전하는 수소충전 시스템을 구축하는 기업이 속속 나타나고 있다. 이러한 경우 연료전지 지게차에 충전되는 수소 역시 이산화탄소를 배출하지 않는 ‘그린수소(Green Hydrogen)’이므로 수소 생산부터 지게차를 이용한 수소 활용에 이르기까지 전 과정에 걸쳐 완전한 제로 이미션(zero-emission)을 실현할 수 있다.




두각 보이는 미국, 공격적 보급 나서는 일본
국내 연료전지 지게차 개발은 여타 건설기계에 비하면 앞서 있지만, 해외 수소경제 선도국가들에 비하면 다소 아쉽다. 미국과 일본, 유럽은 앞다퉈 연료전지 지게차를 실제 산업 현장에 도입해 활용하고 있다.


미국 신재생에너지 분야 시장조사기관인 ‘럭스 리서치(Lux Research)’는 연료전지 물류 운반차량 시장이 2012년부터 연평균 약 20%의 성장률을 보이며, 2030년에는 그 규모가 6만 2,000여 대에 이를 것이라고 전망했다. 매출액은 9억 7,300만 달러(약 1조 1,000억 원)에 달할 것으로 보인다.


현재 연료전지 지게차 보급과 관련해 가장 앞서 나가고 있는 국가는 바로 미국이다. 플러그파워(Plug Power)는 미국 연료전지 지게차 시장의 95% 가량을 차지하고 있으며, 2018년 말 기준 2만 5,000대 이상의 연료전지 지게차를 판매했다.


플러그파워는 지난 2017년 아마존과 7,000만 달러(약 800억 원) 규모 계약을 체결하며 주목을 모았다. 아마존 외에도 월마트, P&G, 페덱스, 메르세데스-벤츠, BMW, 코카콜라 등에서도 플러그파워의 연료전지 지게차를 도입했다.



일본은 2016년부터 연료전지 지게차 판매가 시작되었다. 현재 시판 중인 모델은 도요타자동직기 제품 한 종류뿐이다. 2019년 2월 말 기준 일본에는 150대 가량의 연료전지 지게차가 보급되었다. 특히 공항이나 기업 생산 공장 내 도입이 활발히 추진되고 있다.


현재 간사이국제공항, 주부국제공항, 도쿠시마공항 등에서 연료전지 지게차를 활용하고 있으며 도요타자동차, 다이요닛산 등의 기업은 사업장 내 연료전지 지게차를 도입하는 동시에 재생에너지 전력으로 수소를 생산하는 수소충전 시스템도 구축하고 있다.


일본은 연료전지 지게차 보급 확대를 위해 현재 한 종류뿐인 모델을 용도에 따라 소형화·대형화하는 등 차종을 확대해 나갈 계획이다. 한편으로는 연료전지 지게차에 탑재된 연료전지 유닛을 농기계나 건설기계 등 다양한 분야에 적용함으로써 가격을 낮추는 방안도 고려 중이다.


유럽은 FCH JU(Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking) 지원 아래, 연료전지 지게차 시범사업인 ‘HyLIFT’ 프로젝트를 진행 중이다. 2011년 ‘HyLIFT-DEMO’를 시작으로 2013년부터 ‘HyLIFT-EUROUP’을 추진하고 있다. 독일의 지게차 전문기업인 STILL, 유럽수소연합(EHA), 수소충전 인프라 부문 글로벌 기업인 에어리퀴드 등이 참여한다. 프로젝트에서는 연료전지 지게차 200여 대의 실증운행을 통해 상용화 실현 가능성과 신뢰성 등을 검증한다.




전북, 전국 최초로 연료전지 지게차 시범 보급
우리나라는 지난 1월 발표된 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 통해 수소전기차 외 선박, 열차, 드론, 건설기계 등 다양한 모빌리티에 대한 연료전지 적용 계획 및 방안 등이 언급되었다. 로드맵에 따르면 2025년까지 물류기지를 중심으로 연료전지 지게차 보급을 확대한다. 2022년까지는 산업 현장 내에 자체 수소충전 인프라를 건설해 이를 활용하고, 이후에는 공공 수소충전 인프라를 확산한다. 2030년 이후에는 연료전지 지게차의 기종 및 활용 영역을 한층 확대할 계획이다.


이와 관련해 전라북도는 지난 3월, 국내 유일 지게차용 연료전지 파워팩 전문기업 가온셀(舊 프로파워)과 업무협약을 체결했다. 연료전지 지게차 보급 확대를 위해 지자체가 발벗고 나선 것은 국내 최초다.


전북과 완주군, 가온셀이 추진하는 ‘수소 연료전지 지게차 시범보급사업’은 올해 사업비 7억 5,000만 원을 투자해 완주군에 위치한 산업체를 대상으로 연료전지 지게차 10대를 시범 보급한다.


전북은 올해 말까지 완주산업단지 내 수소충전소 1개소를 구축할 계획이다. 따라서 수소 충전이 용이한 산단 내에는 PEMFC(고분자전해질 연료전지, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 타입 지게차 5대를 보급하고, 수소충전소에서 멀리 떨어진 사업장에는 DMFC(직접메탄올 연료전지, Direct Methanol Fuel Cell) 타입 지게차 5대를 보급한다.


유희숙 전라북도 혁신성장산업국장은 “전북은 이번 시범보급사업을 통해 연료전지 적용을 건설기계 분야로 확대하는 데 기여할 것이다”라며 “앞으로 전북은 지게차뿐만 아니라 수소전기버스·트럭 등의 생산 거점으로서 도의 행정·재정적 역량을 집중하고, 제조기업과의 협력을 통해 건설기계 및 수송 분야 수소생태계 조성을 선도해 나가겠다”라고 밝혔다.




연료전지 지게차에 관심 보이는 울산과 서울
울산과 서울 역시 연료전지 지게차 도입에 관심을 보이고 있다.


지난 1월 ‘수소경제 활성화 로드맵’ 발표 이후 울산시는 한국수소산업협회, 현대자동차, SK가스, 효성중공업, 덕양, 가온셀 등 14개 기업·기관과 ‘울산 수소경제 연관산업 고용·투자 확대를 위한 상호협력에 관한 업무협약’을 체결하며 수소산업을 울산의 전략산업으로 삼아 적극적으로 발전시켜 나갈 것이라는 의지를 표명했다. 그 연장선 상에서 울산은 가온셀과 연료전지 지게차 시범사업에 대한 논의를 진행 중이다.


울산은 국내 지자체 중 수소전기차 및 충전 인프라 보급 확대가 가장 활발히 이뤄지고 있는 곳이다. 현재 울산에는 4개소의 수소충전소가 운영 중이며, 지난 4월 기준 361대의 수소전기차(전국 보급 물량의 40%)를 보급했다.


이에 더해 지역 내 석유화학산업단지에서 다량의 부생수소를 얻을 수 있고, 120km에 달하는 수소 파이프라인이 미포·온산산업단지를 경유하므로 원활한 수소 공급이 가능하다. 연료전지 지게차가 주로 공장 등 산업 현장에서 쓰인다는 점을 고려하면 연료전지 지게차 보급에 있어 최적의 환경이라고 할 수 있다.


울산시는 지난 3월, 울산산업단지 내 지게차 운영 사업장 50개사를 대상으로 ‘수소 연료전지 지게차 시범보급사업 설명회’를 개최했다. 이날 가온셀은 연료전지 지게차의 특징 및 장점, 시범보급사업 계획 등에 대해 설명했다. 당초 계획이 실현될 경우 울산 내에만 100대의 연료전지 지게차가 보급될 것으로 기대된다.


황상문 가온셀 전무는 “사업설명회를 통해 연료전지 지게차에 대한 기업들의 이해도를 높이고, 기업들의 요구 사항을 파악할 수 있었다”라며 “취합한 의견을 바탕으로 울산시와의 협의를 통해 향후 방향성을 설정해 나갈 것”이라고 밝혔다.


서울시의 경우 도매시장에서의 연료전지 지게차 활용 방안을 모색 중이다. 농수산물도매시장에서는 주로 배터리 지게차를 이용하고 있다. 소음이 적고 매연이 발생하지 않는다는 장점이 있지만, 역시나 문제는 ‘충전 시간’이다. 이에 강서·가락동농수산물도매시장과 가온셀은 시장에서의 연료전지 지게차 활용에 대해 논의를 추진하고 있다.


PEMFC 타입은 5분 이내, DMFC 타입은 2분 이내 충전이 가능하므로 충전 시간 문제는 충분히 해결 가능할 것으로 보인다. 하지만 강서·가락동농수산물도매시장 모두 인근에 아파트 단지가 위치해 있어 수소충전 인프라를 설치하기에 사정이 여의치 않다. 사회적 수용성이 단기간 내에 높아지지는 않을 것이라는 판단 하에, 지금은 액체 상태의 메탄올을 직접 투입해 수소충전 인프라 문제에서 자유로운 DMFC 타입 지게차 1대를 시범 운행 중이다.




‘인증’ 문제 곧 해결될 것
미국, 일본, 유럽 등에 비해 시작이 늦은 연료전지 지게차 보급. 그 이면에는 ‘인증기반 부재’라는 걸림돌이 자리잡고 있었다. 특히 DMFC의 경우 PEMFC 등 직접 수소를 투입하는 방식의 연료전지에 비해 충전 인프라 문제로부터 자유롭지만, 인증기반이 없다보니 시장의 신뢰를 얻기 힘들었다.


실제로 독일 등 해외에서도 가온셀의 지게차용 연료전지 파워팩 기술에 많은 관심을 보였지만, 국내 인증체계 문제가 번번이 발목을 붙잡았다. 이에 대해 황 전무는 “해외 바이어들에게 DMFC 시스템을 시연하면 제품에 대한 만족도는 높지만 관련된 국내 인증이 없다보니 제품의 신뢰도가 의심받게 돼 구매로 연결되지 못했다”며 아쉬움을 내비쳤다.


그러나 지난 1월 수소경제 로드맵 발표를 기점으로 상황이 변하기 시작했다. 국가기술표준원은 연료전지 시스템 KS인증(KS C 8569)을 개정해 기존 건물용 연료전지 시스템 인증제도에 지게차용 연료전지 파워팩을 포함하거나 별도의 인증체계를 마련할 것이라고 밝혔다. 현재 개정안에 대한 예고 고시가 진행되고 있으며, 예정대로라면 오는 6월 인증기반이 마련될 것으로 보인다.


장성용 가온셀 대표는 “표준 개정에 발맞춰 지게차용 연료전지 파워팩 인증 획득을 준비하고 있으며, 양산 체제 돌입을 위한 허가, 설비 구축 등을 검토 및 진행 중”이라고 밝혔다.


<미니인터뷰 | 장성용 가온셀 대표>


“연료전지 지게차, 수소전기차에 이어 또 다른 산업생태계 조성할 수 있어”
연료전지 파워팩 규모 키워 여타 건설장비에도 적용할 것




이차전지 기업으로 출발한 가온셀(舊 프로파워)은 2003년부터 수소연료전지 개발을 시작했다. 처음에는 국책과제를 통해 소형 카트용 DMFC-하이브리드 시스템을 개발했다. 이전에도 일부 대기업에서 DMFC 기술을 개발했으나, 휴대폰 및 노트북 배터리로 그 용도가 한정되었다.


가온셀이 소형 카트용 DMFC 기술을 개발할 무렵, 미국에서는 연료전지 지게차 실증이 진행되고 있었다. 현재 산업 현장에서는 디젤엔진 지게차와 배터리 지게차가 주로 활용되고 있는데, 디젤엔진 지게차는 ‘오염물질 배출’, 배터리 지게차는 ‘충전 시간’ 문제가 있다. 이에 가온셀은 지게차용 연료전지 파워팩 개발을 병행했다.


이후 다수의 국책과제를 통해 DMFC 및 PEMFC 파워팩 기술력을 쌓아왔으며, 그 결과 원천특허를 비롯해 총 38건의 특허, 디자인 6건의 지적재산권을 보유하게 되었다. 지난 2015년에는 DMFC 분야에서 국내 최초로 신기술(NET) 인증을 취득했다.


지금까지는 기술력을 갖추고 있었음에도 인증제도 미비, 연료전지 지게차에 대한 인지도 부족 등으로 인해 난관에 봉착했지만, 정부가 오는 6월까지 지게차용 연료전지 파워팩에 대한 인증제도를 신설할 것이라고 밝히고 전북 시범보급사업이 궤도에 오르면서 훈풍이 불기 시작했다.


최근에는 사명을 ‘프로파워’에서 ‘가온셀’로 바꾸며 새로운 도약에 있어 이차전지보다는 연료전지에 방점을 찍을 것이라는 의지를 표명했다. 장성용 가온셀 대표로부터 가온셀의 지게차용 연료전지 파워팩 특징과 양산 계획, 정부 및 수소산업계에 바라는 점 등에 대해 들어봤다.


지게차용 연료전지 파워팩 개발 과정에 대해 설명해 달라.
2006년 국책과제 ‘소형 카트용 연료전지 하이브리드 시스템 개발 및 실증 연구’를 통해 소형 카트용 DMFC-배터리 하이브리드 시스템 개발 및 실증에 나섰다. 당시 시스템 적용 다변화의 일환으로 지게차용 연료전지 파워팩을 개발하기 시작해 지금에 이르렀다. 이와 관련해서는 2012년부터 2016년까지 ‘실내 물류운반차용 연료전지 파워팩 상용화 기술 개발’ 과제를 추진했다. DMFC 및 PEMFC 파워팩을 개발해 실내용 물류운반차에 탑재하고 실증 및 현장운전을 실시하는 과제였다.


지게차는 운전 방식에 따라 입승식과 좌승식으로 나눌 수 있다. 좌승식은 리프트 중량 한계가 높아 입승식에 비해 더 많은 파워를 필요로 한다. 따라서 좌승식에는 PEMFC를, 입승식에는 DMFC 파워팩을 탑재했다. 현재 농수산물도매시장에서 입승식 DMFC 타입 지게차 1대를 시범운행 중인데, 좌승식에 대한 니즈가 발생하고 있어 좌승식 지게차에 DMFC를 탑재하는 시점을 당초 계획보다 앞당길 생각이다.


개발 초기, 국내 지게차 업체들을 대상으로 협력 의사를 타진했다. 하지만 당시 대기업들은 연료전지 지게차에 관심을 갖지 않았다. 그때 손을 내민 것이 지게차 전문기업 ‘수성지게차’였다. 수성지게차의 배터리 지게차에서 배터리 파워팩을 들어내고, 동일한 크기의 연료전지 파워팩을 제작해 탑재했다.


가온셀의 지게차용 연료전지 파워팩의 특징은.
대부분의 지게차용 연료전지 파워팩과 마찬가지로 가온셀의 파워팩 역시 연료전지-배터리 하이브리드 시스템이 적용되어 있다. 지게차에는 이동을 위한 모터와, 짐을 들어올리기 위한 유압모터가 각각 하나씩 있다. 연료전지로는 이동 시 평균 부하에 대응하고, 짐을 들어올리는 짧은 시간 동안 발생하는 피크 부하는 배터리로 대응한다.


작업이 끝나고 시동을 꺼두면 시스템 내에서 배터리 잔량을 체크하고, 설정값보다 잔량이 부족하면 연료전지가 배터리를 충전한다. 따라서 다음날 연료 부족량만 2~5분간 충전하면 아무 문제 없이 지게차를 이용할 수 있다.


인증 제도 이외에 연료전지 지게차 보급을 가로막는 요인은.
현재 지게차용 연료전지 파워팩 기술은 상용화 가능한 수준이지만, 판매 수요가 확보되지 않아 파워팩 가격 저감이 이뤄지지 않고 있다. 이번에 전북 등에서 진행되는 시범보급사업을 통해 연료전지 파워팩 가격 저감의 발판을 마련할 수 있을 것으로 보인다. 당사 역시 부품의 국산화를 추진하고, 양산 라인을 구축해 규모의 경제를 실현하는 등 경제성 향상을 위해 노력해 나갈 것이다.


미국이나 일본 등이 정부 주도 보급사업을 통해 연료전지 지게차 시장의 기반을 마련한 것처럼 우리나라 역시 초기 시장에서는 정부가 나설 필요가 있다. 공항 물류창고나 조달청 및 우편집중국 등 정부 산하기관의 물류센터에 연료전지 지게차를 도입해 모니터링을 실시하면, 부족한 점을 보완하는 동시에 일반 소비자들로 하여금 연료전지 지게차에 대한 인식을 높일 수 있을 것이다.


이 같은 방안이 실현된다면 연료전지 지게차가 수소전기차의 뒤를 이어 연료전지 모빌리티 분야에 있어 또 다른 산업생태계를 조성할 수 있지 않을까 전망해 본다.


지게차용 연료전지 파워팩 기술을 활용해 여타 건설장비 분야로 진출할 계획은.
물론 있다. 연료전지 파워팩의 규모를 더 키워서 여타 건설장비에도 적용할 계획이다.


최근 건설기계부품연구원을 중심으로 ‘수소건설기계 발전포럼’이 창립되었다. 현대건설기계, 두산인프라코어, 클라크, 수성 등 건설기계 분야 대형 업체들이 참여하고 있다. 지금은 가온셀만이 국내에서 유일하게 지게차용 연료전지 파워팩을 개발 및 제조하고 있지만, 독주체제는 오래가지 않을 것으로 보인다. 많은 기업들이 지게차를 비롯한 건설장비에 대한 연료전지 도입의 필요성에 공감하고 있기 때문이다.


아직도 많은 지게차가 디젤엔진으로 구동되고 있다. 대형 건설기계는 두말할 것도 없다. 따라서 대기업은 기존의 중장비 분야 기술력을 살려 대형 건설기계용 연료전지 파워팩 개발에 주력하고, 당사는 지금까지 축적해 온 소형 지게차용 연료전지 파워팩 노하우를 기반으로 전기지게차의 배터리 파워팩을 연료전지 파워팩으로 대체해 나간다면 대기업과 중소기업 모두 상생할 수 있을 것이다.  




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