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수소건설기계 ① 건설기계에도 수소 바람…포럼 발족하고 산업 확장 ‘고고’

수소건설기계 확산 위한 ‘수소건설기계발전포럼’ 출범
미국·일본·유럽, 지게차 등 수소건설기계 개발 ‘활발’
국내 가온셀 ‘수소지게차’, 범한산업 ‘수소굴삭기’ 개발
인증·표준화 정립 및 수소충전 인프라 개발 등 과제도 ‘산적’


[월간수소경제 이종수 기자] 지난해 수소전기차 ‘넥쏘’가 출시된 이후 수소전기차에 대한 관심이 커지고 있는 가운데 올해는 수소전기버스가 7개 도시에서 시범운행이 예정되는 등 상용차 부문으로 수소 모빌리티가 확장되는 모양새다. 


정부는 지난 1월 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’에서 오는 2022년까지 내수 기준으로 수소승용차 6만 5,000대, 수소전기버스 2,000대를 보급키로 했다. 상용차 부문의 중심축 중 하나인 수소전기트럭은 2021년 중형트럭(5톤급), 2025년 대형 트럭(5톤 이상)이 각각 출시될 예정으로 오는 2040년까지 3만 대를 보급한다는 목표다.


수소연료전지는 자동차뿐만 아니라 선박, 열차, 드론, 건설기계 등 다양한 모빌리티 분야에 적용이 가능하고, 국내에서 기술 개발이 진행 중이다.


이러한 모빌리티 분야 중 최근 수소건설기계가 수면 위로 부상했다. 이미 수소지게차가 개발된 상태이지만 실증이 필요한 상황이고, 상용화를 위한 국내 기준도 아직 미비해 지금은 황무지나 다름없다.


하지만 정부와 산학연에서 수소건설기계 개발·보급을 위한 움직임이 시작됐다는 점에서 향후 수소건설기계 시장이 어떤 식으로 창출될지 주목된다.  


친환경 건설기계 필요성 대두
건설기계부품연구원과 한국에너지기술연구원에 따르면 건설 산업은 재해 복구, 도로·철도 등의 SOC(Social Overhead Capital)와 학교·도서관 등의 공공 건축물 및 아파트 등 민간 건축물 등에 이르기까지 국민 생활에 필수적인 산업이다.


이러한 건설산업에 필요한 게 건설기계다. 세계 건설기계 산업 규모는 조선 산업의 약 2배, 섬유기계 산업의 약 6배로 관련 산업의 전·후방 파급효과가 크다.


지난 2014년 세계 건설기계 시장은 1,591억 달러 규모로, 2000년 이후 연평균 7.4%의 성장을 보이고 있다. 미국 33%, 일본 22.8%, 중국 13.3%, 한국 5.1% 순으로 시장을 점유하고 있다.



국내 건설기계산업은 세계 6위의 생산실적을 기록하고 있으나 기술수준이 선진국 대비 약 79.8%, 기술격차는 1.7년 정도 수준으로 기술혁신이 절실하다.


특히 기후변화 대응기술 확보가 시급해졌다. 건설기계의 연간 탄소배출량은 전체 수송부문(자동차, 철도, 항공, 해운, 건설기계)의 22%에 해당하는 약 23.2 MtCO2로, 이는 연간 약 4,000억 원의 손실이 발생하는 수준이다.


기술규제 무역장벽이 심화되는 점도 건설기계산업의 큰 고민이다. 


미국 환경부는 1996년부터 산업용 디젤 엔진에 대해 배출가스 규제를 도입했다. 이 규제는 건설기계, 발전기 등 모든 Off-Road(일반 도로·포장 도로 외 주행용) 디젤엔진에 적용되고 있다. 미국은 오는 2020년 배출가스 규제와 연비 및 CO2 규제를 포함한 ‘TierⅤ’와 ‘StageⅤ’를 발효할 예정이다.


유럽과 싱가포르는 실내에서 엔진식 건설기계 사용을 금지하고 있다.


이러한 기술규제 무역장벽으로 인해 2020년 이후 약 3조 원 규모의 수출 중단 가능성이 제기된다. 국내의 경우 환경부가 지난 2004년부터 건설기계에 대한 배기규제를 적용하기 시작했다.


공사현장 소음·진동 저감 기술의 필요성도 대두되고 있다. 유럽과 중국은 소음규제를 2단계 강화하고 일본의 경우 초·저소음 등급 라벨을 부착해 해당 규정을 만족시키지 못하면 판매를 못하도록 하고 있다.


국내 건설기계는 70% 이상이 유럽의 소음규제를 만족하지 못하고 있어 수출 애로가 발생할 가능성이 높다는 게 전문가들의 지적이다.  


또한 2013년에 처리된 189건의 환경 분쟁신청 중 공사장의 소음·진동으로 인한 피해가 128건으로 68%에 달해 건설기계 소음·진동 저감이 시급한 상황이다.


에너지 자립도 문제 역시 건설기계산업에서 예외일 수 없다. 전체 건설기계의 연간 유류 사용량은 약 11조 7,000억 원 규모로, 2톤급 굴삭기의 경우 상시 운영 시 연간 약 2,000만 원/대 이상을 사용하는 셈이다. 22톤 굴삭기의 경우 연간 약 9,500만  원/대의 유류비가 든다.


김희수 건설기계부품연구원 수소연료전지그룹장은 “세계적으로 환경규제가 강화되고 에너지 효율 향상의 필요성이 증대되고 있다”라며 “특히 이러한 트렌드는 수송기기와 건설기계 분야에 새로운 무역장벽이 될 것으로 예상됨에 따라 수소에너지를 이용한 연료전지 건설기계와 같은 친환경 동력기술 개발이 필요한 상황”이라고 밝혔다.




국내외 수소건설기계 개발 현황 
건설기계는 건설기계관리법에 따라 건설 공사에 사용할 수 있는 기계로 정의되며, 대통령령으로 정한 27종을 의미한다.


용도에 따라 토목·건축 기계 5종(굴삭기, 로더, 도저 등), 운반·하역 기계 6종(지게차, 덤프트럭, 크레이 등), 도로 포장 기계 7종(롤러, 콘크리트 피니셔 등), 기타 건설기계 9종(쇄석기, 천공기, 공기압축기 등)으로 구분된다. 또 생산에 따라서는 주력 생산 건설기계 4종(지게차, 휠로더 등), 품목 다각화 건설기계 13종(CPT, 기중기, 타워 크레인 등), 국내 미생산 건설기계 10종(스크레이퍼, 모터그레이더, 도저 등)으로 분류된다.


국내에서는 친환경 건설기계가 필요해지면서 전기식 및 수소연료전지 건설기계 개발이 진행되고 있지만 아직은 걸음마 수준이다.


현대중공업은 전기식 굴삭기를 개발했다. 현재는 최대 작업 반경이 30m 가량으로 제한적인 환경에서만 사용이 가능하다. 진우 SMC는 전기식 철거전용장비를 개발했지만 아직은 전원 공급 와이어(Wire)로 인해 작업 반경이 제한적이다. 두산인프라코어는 연료 절감이 가능한 복합식 하이브리드 굴삭기를 개발했다. 


해외에서도 굴삭기를 시작으로 복합식, 직렬식 하이브리드 건설기계와 전기식 건설기계가 동시에 개발되고 있다.


양태현 한국에너지기술연구원 연료전지연구실 박사는 “건설기계는 자동차와 비교해 부하 및 제어 특성, 동력전달 메커니즘, 엔진 운전 특성, 작업 환경에 차이가 있어 자동차와는 다른 하이브리드 기술이 필요하다”라며 “특히 이미 개발돼 적용된 연료전지 기술을 건설기계에 적용할 수 있고, 추가적으로 열관리시스템, 완성차 운전 최적화, 시스템 통합기술 및 양산기술 등의 개발이 이뤄져야 할 것”이라고 밝혔다.



국내외 수소건설기계는 대표적인 건설기계인 지게차와 굴삭기를 중심으로 개발·보급되고 있다. 연료전지 기술은 건설기계와 비슷한 농기계 분야로도 확대 적용이 가능하다. 


미국은 월마트, 아마존, 코카콜라 등 30개 이상 사업장에서 연료전지시스템 제조업체인 플러그파워의 파워팩 등을 적용한 수소지게차 2만 2,000여 대가 운영 중이다.


일본은 세계 1위 지게차 제조업체인 도요타를 중심으로 공장, 도매시장, 공항 등에서 수소지게차 500대 이상을 실증실험 중으로, 오는 2030년까지 1만 대 이상의 수소지게차를 보급한다는 목표다.


유럽은 세계 2위 지게차 제조업체인 키온(독일)과 BMW(독일)가 협력해 300여 대의 수소지게차와 공항용 수소트럭을 개발 중이다. 스웨덴의 볼보그룹, 노르웨이 나스타(NASTA)와 일본 히타치는 수소굴삭기를 개발해 실증 중이다.


한국에서는 정부 사업으로 가온셀(구 프로파워)과 범한산업이 건설기계 업체와 함께 기술개발에 적극 나서고 있다. 가온셀(연료전지 파워팩)과 수성이 이미 수소지게차 2종 개발을 완료했다. 범한산업(연료전지 파워팩)과 두인은 오는 9월까지 2톤급 수소굴삭기 개발을 완료할 예정이다. 


수소건설기계 바람 분다
정부는 지난 1월 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 통해 수소 모빌리티 분야에 수소건설기계를 포함해 중장기적으로 수소건설기계 산업을 육성한다는 의지를 보여줬다.


수소경제 로드맵에 따르면 물류창고, 지하공간 건설 등 장시간 친환경 작업이 요구되는 대규모 건설·물류 작업에 수소건설기계 활용 가능성이 높아 지게차와 굴삭기를 중심으로 기술개발을 추진한다는 계획이다.


지게차 및 소형 건설기계용 연료전지 팩 상용화 개발 및 인증·표준·내구 신뢰성 기술개발 등을 통해 지게차는 충전시간(6시간→5분), 작업시간(2배 이상 증가) 및 운전비용(10% 감소, 10년 사용) 측면에서 개선 효과가 예상된다. 굴삭기는 지하 및 도시공간 작업 시 매연을 배출하지 않고 소음을 저감하는 효과를 기대할 수 있다.


수소경제 로드맵에는 수소건설기계 보급목표 물량이 제시되지는 않았다. 굴삭기는 2022년까지 소형 굴삭기 파워팩 상용화 개발을 완료하고 2025년까지 실증을 통한 기술검증 및 성능개선을 통해 2030년 이후 보급을 확대한다는 계획이다.



지게차는 굴삭기보다 상용화가 빠를 것으로 보인다. 2022년부터 물류기지에 수소충전 인프라를 구축해 수소지게차를 도입하고 2030년 이후에는 기종 및 활용 영역을 확대한다는 계획이다.  


정부의 수소건설기계 보급 로드맵에 따라 산학연과 지자체도 움직이기 시작했다. 지난 3월 26일 건설기계 분야 수소경제 확산을 위해 60여 개 기관 및 기업이 참여하는 수소건설기계발전포럼이 창립총회를 개최하고 본격적인 활동에 들어갔다.


건설기계부품연구원을 사무국으로 하는 수소건설기계발전포럼이 향후 수소건설기계 보급 확산의 촉매 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다.


김희수 건설기계부품연구원 수소연료전지그룹장은 “수소건설기계발전포럼은 산학연이 힘을 모아 수소건설기계 보급 확산을 위한 정책개발 및 정부 지원방안 마련, 공동연구 등을 통해 정부에 제안하는 업무를 수행하게 된다”고 설명했다. 




울산시는 지난 3월 27일 울산산업단지 내 지게차 운영 사업장 50개사를 대상으로 ‘수소연료전지 지게차 시범보급사업 설명회’를 개최하고 사업에 시동을 걸었다. 


전라북도는 지난 3월 29일 ‘수소연료전지 지게차 시범보급사업’을 위해 완주군, 가온셀과 업무협약을 체결하고, 완주군 지역을 대상으로 수소연료전지 지게차(파워팩) 10대를 시범 보급할 예정이다.


황상문 가온셀 전무는 “기존 납축전지를 사용하는 전동 지게차는 충전 시간(7~8시간)에 비해 운영 시간(2~3시간)이 매우 짧은 단점이 있는 반면 수소 지게차는 1회 연료충전 시(3~5분) 8시간 이상 연속운전이 가능해 기업의 생산성 향상에 크게 기여할 것으로 예상된다”고 밝혔다. 국내 수소건설기계의 상용화를 위해선 인증 및 표준화 정립과 수소충전 인프라 개발 등 넘어야 할 산이 많다.   




일단 지난해 6월 건설기계관리법에 수소건설기계 정의와 수소지게차 안전기준이 신설됐다. 정부는 앞으로 수소지게차 기술 수준에 맞는 보다 세부적인 기준을 마련해 나갈 예정이다. 수소지게차의 핵심 부품인 연료전지 파워팩에 대한 KS 인증 기준도 올 상반기에 마련될 예정이다. 


윤종구 건설기계부품연구원장은 “국내 건설기계 시장은 세계 6위권이지만 한 번 뒤처지면 위기에 처할 수 있다”라며 “정부와 산학연이 손잡고 함께 수소건설기계 확산에 힘을 모아야 한다”고 강조했다.


<미니인터뷰 | 김희수 건설기계부품연구원 수소연료전지그룹장>


수소건설기계 인증 법규 및 수소 인프라 갖춰야”
‘수소건설기계발전포럼’ 통해 정부 정책·기술개발 추진




건설기계 시장의 최근 주요 이슈를 말해달라.
글로벌 건설기계기술은 지구온난화와 미세먼지, 자원위기 문제에 대응하기 위해 환경친화적 기술로 변화하고 있다. 특히 수소건설기계 개발이 활발히 진행 중이다. 수소건설기계 기술은 농기계 및 산업기계 등에 적용이 쉬워 확장성이 매우 큰 분야로 국내 산업육성과 세계 경쟁력 확보를 위해 국가적 지원이 시급히 필요한 상황이다.


실제 미국에서는 수소지게차가 판매되고 있고, 양산체제를 갖춰 가격경쟁력도 확보했다. 일본과 유럽은 수소 굴삭기와 특장차를 개발해 사업화를 위한 회사별 협력을 강화하고 있다.


디젤엔진 지게차의 경우 미세먼지, 배기가스 등 오염물질 배출로 인해 세계적인 환경규제에 대응하기 어렵다. 배터리 전동지게차는 충전시간이 오래 걸리고 운영시간이 짧다는 단점이 있다. 국내 시장에서도 환경문제와 운영 효율성 차원에서 수소건설기계의 필요성이 커지고 있다.  


지난 3월 수소건설기계발전포럼이 출범했다. 포럼의 활동 계획을 말해달라.
세계적으로 수소건설기계의 기술개발 및 상용화가 빠르게 진행됨에 따라 국내외 산업동향, 연구개발 등을 공유하고 수소건설기계의 발전에 대해 고민하고 토론할 수 있는 장을 마련코자 포럼이 창립됐다.


포럼은 전문 분과위원회, 자문위원회, 운영위원회, 사무국(건설기계부품연구원)으로 구성됐다. 정부 정책개발과 기술개발 등을 추진할 전문 분과위를 중심으로 포럼을 운영하게 된다.


정책분과는 수소건설기계 관련 정부 정책안 및 안전관련 규제안을 마련해 정부에 제안하게 된다. 비즈니스분과는 기업체를 중심으로 수소건설기계 산업 관련 정보를 교환하고 정부 지원방안을 마련한다. 


기술개발분과는 수소건설기계 관련 산학연 공동연구 추진방안을 마련한다. 표준·인증분과는 국가·국제표준화를 추진하고 임의 및 강제 인증제도를 연구한다.


수소지게차와 수소굴삭기를 중심으로 수소건설기계가 보급될 것으로 보인다. 수소건설기계 상용화를 위한 과제는 무엇이라고 생각하나.
우리나라는 정부 사업으로 수소지게차와 수소굴삭기를 개발했지만 부품기술 부족과 수소 인프라 및 인증 법규 미비로 상용화에 어려움을 겪고 있는 실정이다.


수소건설기계를 보급하기 위해선 인증 기준이 필요하다. 우선 지난해 건설기계관리법에 수소지게차 안전기준이 신설됐다. 올해 수소굴삭기도 나올 예정이어서 국내 기술 수준에 맞춰 상세하게 안전기준을 다듬어나가야 한다.


또 초기 시장엔 정부와 지자체의 보조금 지원이 필요하다. 올 상반기에 수소지게차에 들어가는 핵심 부품인 연료전지 파워팩에 대한 KS 인증 기준이 마련되면 파워팩에 대한 보조금을 지원받을 수 있게 된다. 향후에는 수소전기차와 가정·건물용 연료전지시스템처럼 수소건설기계 자체에 대한 보조금을 지원할 수 있는 기준도 마련돼야 할 것이다.


시장에서는 건설기계를 최종 완성하는 회사들의 의지가 중요하다고 생각한다. 수소건설기계를 설계하고 연료전지 파워팩을 장착해 판매까지 하는 이들 회사가 시장에 주도적으로 참여토록 정책적 지원이 있어야 한다. 규제 샌드박스를 활용해 규제를 간소화하는 것도 필요하다.


건설기계는 작업 시 진동이 심해 내구성을 높이는 등의 기술개발도 이뤄져야 한다. 


수소건설기계의 수소충전 인프라 개발도 중요한 사항이다. 어떤 모델이 필요하다고 보는가.
수소건설기계에는 이동형 수소충전소가 필요하다고 생각한다. 수소건설기계의 충전압력은 수소전기차와 같이 700bar 수준이 아니어도 된다. 350bar 정도면 충분하다. 이동형 수소충전소는 고정식보다 구축비용이 저렴하고, 500bar까지 가능토록 법률적으로 허용돼 있어 수소건설기계에 활용하는 데 무리가 없을 것이다.     


자동차는 경량화 추세인데 건설기계는 무게가 무거울수록 좋다. 무게가 가벼우면 건설 현장에서 작업을 하다가 뒤집어지는 사고가 날 수 있다. 건설기계에 납축 배터리가 사용되는 이유다. 그래서 수소건설기계의 수소공급시스템으로 ’수소저장합금‘을 생각할 수 있다. 다만 충·방전 시 안정성을 높이는 기술개발이 필요할 것으로 보인다. 


전북도와 울산시의 수소지게차 시범보급사업 이후에는 울산의 부생수소와 군산 새만금 재생에너지단지의 P2G를 활용하고, 인천공항 물류센터와 농산물시장 등에 수소지게차를 보급하는 등의 다양한 비즈니스 모델 개발이 가능할 것으로 예상된다. 




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