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‘CHFCE 2019’ 현장을 가다 ② 中, 수소전기차 연료전지·액화수소 연구개발 강화

풀크리오, 천연가스 BOG서 만든 헬륨으로 액화수소 생산
에어프로덕츠와 손잡고 광저우에 액화수소충전소 건설 추진
NOWOGEN, 차량용 연료전지 부품·스택 및 시스템까지 제작



[월간수소경제 이종수 기자] <월간수소경제>는 국내 정부 및 관련 기관, 업계 등으로 ‘CHFCE 2019’ 참관단을 구성해 지난달 6일부터 8일까지 중국 베이징 국제전시센터에서 개최된 ‘CHFCE 2019’ 전시장을 찾았다. 현지 기업 2곳도 함께 방문해 중국 수소산업 확장의 가능성을 살펴봤다.

중국은 항공우주산업 등의 분야에서 전략적으로 액화수소 기술개발에 주력하고 있다. 오는 2025년 액화수소충전소의 상용화를 목표로 하고 있다. 한국에서도 강원도, 평택시를 중심으로 액화수소 바람이 불고 있다. 

이와 관련해 처음 방문한 곳이 극저온장비 제조 및 가스처리시스템 솔루션 전문기업인 ‘베이징 시노사이언스 풀크리오 테크놀로지’(이하 ‘풀크리오’)였다. 천연가스 BOG에서 헬륨가스를 추출, 액화수소를 생산하는 기업이다.

중국은 현재까지 41곳의 완성차 기업에서 56종의 수소전기차를 개발했고, 이와 관련된 연료전지시스템 기업 25개사가 운영 중이다. 

베이징은 지난 2017년 12월 ‘베이징시 과학기술혁신을 통한 신에너지 스마트 자동차 산업 육성 가속화에 대한 지도의견’을 발표하고, 수소전기차의 내구성, 주행거리, 연료전지 수명 등의 분야와 수소순환펌프, 고압수소 및 액체수소 저장 등의 연구개발을 강화하고 있다.  

베이징시의 수소전기차 대표 기관 및 기업은 칭화대학교, 완성차 기업 Foton, 고압시스템 업체 Hydrosys, 연료전지 업체 NOWOGEN 및 SinoHytec 등이 있다. 

이 중 연료전지 스택 생산업체인 NOWOGEN을 두 번째로 방문했다. 이 회사는 수냉식 연료전지와 메탄올 기술개발에 집중하고 있으며, 흑연판·복합판·금속판 연료전지 등을 생산하고 있다.  



헬륨 이용해 액화수소 만드는 ‘풀크리오’
지난 2016년 8월 베이징에 등록자본 13만1,000위안 규모로 설립된 풀크리오는 작업온도가 20K 미만인 대형 극저온장비의 연구개발과 제조를 전문으로 하며, 중국의 헬륨 수요에 대응하기 위해 천연가스(LNG)의 증발가스(BOG)에서 헬륨을 추출하는 기술을 개발했다. 

헬륨은 구리의 100배에 달하는 열 전도성과 열 처리성을 지녀, 전자·반도체·액정표시장치(LCD) 생산에 반드시 필요하다. 금속용접 시 공기 차단, 비행선·기구 부양, 전류발생장치 냉각, 레이저 절단용 가스, 광섬유 및 금속 열처리 보호 가스 등의 용도로도 쓰인다.

최근 헬륨 공급 부족으로 반도체·의료기기·뿌리산업 등 다양한 산업에서 어려움을 겪고 있다. 한국이 전량 해외에서 헬륨을 수입하는 것처럼 중국도 수입에 의존하는 국가이다.  

헬륨은 공기에 소량으로 존재하지만 경제성이 낮아 주로 천연가스 또는 방사성광물에서 추출·정제해 사용한다. 중국의 셰일가스(천연가스) 매장량은 세계 1위다. 경제성장 및 환경규제에 따라 한국, 일본과 버금가는 LNG 수입국이기도 하다.  



풀크리오는 이러한 천연가스 BOG를 이용해 헬륨을 생산하는 기술과 함께 이와 관련된 헬륨 액화기 및 헬륨 냉동기 제조기술을 보유하고 있다. 석탄에서 수소를 추출, 헬륨가스를 이용해 액화수소로 전환하는 기술도 갖고 있다. 

특히 수소에너지 산업의 호황에 부응하기 위해 헬륨을 이용한 수소 액화, 액화수소 저장 및 수송, 액화수소 충전소를 위한 솔루션도 개발했다. 이미 상해에서 대형 액화수소플랜트(1,000L/h)를 구축해 상용화에 나섰다. 수소제조 공장은 하북성에도 있다.    

풀크리오의 관계자는 “중국은 헬륨을 모두 수입하고 있다”며 “앞으로 우리회사가 보유한 기술로 중국 내에서 자체적으로 헬륨을 생산하고, 이 헬륨을 통해 액화수소를 생산할 수 있을 것”이라고 말했다.

이 관계자는 “20K 헬륨 냉장고와 수소 액화기는 모두 헬륨 역 터빈-브레이튼 사이클을 채택하여 20K 냉각을 실현한다”며 “20K 헬륨 냉동기를 통해 획득한 차가운 헬륨가스는 수소 액화 장치를 통해 상온에서 액화 온도까지의 정상 수소가스를 서서히 냉각시켜 최종적으로 균형 상태에서 액화 수소를 생산하게 된다. 대규모 수소 액화기의 경우 수소 터빈 팽창기를 사용하는 수소-클로드 냉장 사이클을 채택해 사이클 효율성을 개선할 수 있다”고 설명했다.

이러한 수소 액화기는 원자로 저온중성자원(CNS), 방진 중성자원(SNS), 우주환경 시뮬레이션 시설 등의 분야에 광범위하게 적용되고 있다. 풀크리오는 지난 2017년부터 한국핵융합연구소와 교류를 시작했다. 

또한 풀크리오는 미국 에어프로덕츠와 손잡고 중국 광둥성의 성도이자 화남지방 최대의 무역도시인 광저우에 액화수소충전소(실증용) 건설을 추진 중이다. 이는 풀크리오가 액화수소 생산, 저장·이송·충전 등 전 과정을 담당하는 중국 최초 사례가 된다. 풀크리오는 주유소 복합 수소충전소 구축에 대해서도 관련 기관과 협력 중이다.  



풀크리오의 관계자는 “수소에너지는 재래식 연료를 대체할 수 있는 가장 깨끗하고 이상적인 녹색 에너지로서 전 세계적으로 광범위한 관심을 불러일으켰고, 중국도 에너지 소비 구조를 최적화하고 국가 에너지 공급 안보를 보장하기 위해 에너지 전략에서 수소에너지를 집중 육성하고 있다”며 “풀크리오도 앞으로 수소 분야에 더욱 집중할 예정”이라고 밝혔다.  

NOWOGEN, 차량용 수냉식 연료전지 전문기업 
지난 2010년 설립된 NOWOGEN은 신에너지 시장화에 주력하는 기업으로 중국 내에서 상업 운영 및 기술 혁신에 성공한 연료전지 회사 중 하나이다. 설립 이후 수냉식 연료전지, 메탄올을 이용한 수소제조 기술의 연구개발과 산업화에 주력해 왔다.

이 회사는 미국, 독일 등의 연료전지 및 자동차업체 출신 전문인력을 영입해 수소전기차 연료전지 부품 및 스택, 그리고 이들을 통합해 모듈화한 연료전지시스템까지 개발했다. 메탄올을 이용한 수소제조기도 생산하고 있다.     

연료전지 부품으로는 흑연판, 복합판, 금속판 전기 원자로(이하 ‘전기로’)가 있다. 전기로의 연간 생산량은 60MW에 달한다. 

먼저 NOWOGEN-ST1080은 2세대 제품(복합판)으로, 저 백금 제막 기술이 적용됐다. 3세대 복합판 전기로는 극판 판형과 유동장 설계를 최적화했으며, 단위 정격 출력은 180W, 전체 정격 출력은  18~36kW이다. 

4세대 전기로(금속판)는 최적화한 표면 처리 공정으로 구조가 단순하고, 표면의 화학적 특성이 안정적이다. 중량, 신뢰성, 출력 밀도 등의 측면에서 기존 제품보다 향상됐다. 단위 정격 출력은 180W, 전체 정격 출력은 20~50kW까지 가능하다. 



FE30240S는 수소전기차용 연료전지시스템으로 10~50kW 제품이 있다. 10kW 및 30kW 연료전지시스템이 주력제품이다. 

NOWOGEN의 관계자는 “연료전지시스템의 부품 국산화율은 90% 이상이고, 수명은 10년에 5,000~10,000시간을 보장한다”고 설명했다.  

HM-3는 NOWOGEN이 저장수소도과학기술공사와 공동으로 개발한 수소전기차용 연료전지 스택으로, 출력이 30kW 이상인 경량화 설계를 채택해 제품별 전력 밀도가 높다.

하이젠 라인은 청정연료인 메탄올을 원료로 사용해 고순도 수소를 제조하는 제품이다. 

NOWOGEN의 관계자는 “연료전지 제품은 무인 자동화 시설로 제작되며, 부품의 품질을 강화하는 데 노력하고 있다”라며 “연료전지시스템의 연간 생산 규모는 4,000대로, 많은 연료전지를 만들어 해외에 수출하는 것이 목표이고, 추가로 산동성에 공장을 건설 중”이라고 밝혔다.



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