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COVER STORY

연료전지시장 흔드는 ‘SOFC’ 바람…시장 움직임 가속화

미국·일본·유럽 중심으로 SOFC 상용화 시작
STX중공업·미코 등 국산 SOFC 시스템 판매 ‘눈앞’
국내 발전용 시장엔 美 블룸에너지 등 해외 제품 진입
정부, SOFC 효율 및 경제성 제고 위한 R&D 지원 나서
업계 “정부 지원 강화한다지만 보다 적극적인 정책 나와야”



[월간수소경제 이종수 기자] 국내 연료전지 시장에 새로운 바람이 불고 있다. 바로 차세대 연료전지로 불리는 고체산화물연료전지(SOFC)의 등장이다.

 

그동안 국내외 연료전지 시장은 1세대 PEMFC(고분자 전해질 연료전지) PAFC(인산형 연료전지), 2세대 MCFC(용융탄산염 연료전지)가 보급돼 왔다. 국내에서도 3세대로 불리는 SOFC의 시장 진입이 본격화될 전망이다. 이미 국내 기업들이 가정·건물용 SOFC 시스템을 개발해 판매를 앞두고 있다.

 

정부는 수소경제 활성화 로드맵의 양대 축 중 하나를 연료전지로 정한 만큼 국내 기업들이 PAFC, MCFC, SOFC 등 다양한 유형의 연료전지 기술을 확보해 설치 환경에 맞춰 보급을 확대해 나갈 수 있도록 관련 기술개발 지원을 강화할 계획이다.

 

해외 기업들도 국내 SOFC 시장을 노크하고 있다. 이미 미국 블룸에너지의 SOFC가 국내에 상륙했다. 이탈리아 솔리드파워 등의 기업들도 한국 진출을 준비하고 있다. 국내 SOFC 기업들은 시장 진입을 꾀하면서 해외 기업들과 의 경쟁도 벌여야 하는 상황에 직면하게 됐다.


국내 SOFC 업계는 정부가 SOFC의 경쟁력 확보를 위한 지원을 강화해야 한다고 주장한다. 최근 연구개발 정부 지원 과제가 늘어나고는 있지만 좀 더 강력한 정책을 원하고 있는 것이다.


아직 외국 기술에 비해 걸음마 수준인 국내 기술의 상용화를 앞당겨 속히 경쟁력을 확보해야 시장 잠식을 피할 수 있다는 논리다. 국내 SOFC 시장이 변환기를 맞고 있다.



 

수소경제 핵심축 연료전지

정부는 수소경제 활성화 로드맵에서 연료전지 세계 시장 점유율 1위 달성을 비전으로 삼았다.

 

발전용은 2018308MW(41개소)에서 20221.5GW(내수 1GW), 204015GW(내수 8GW)로 확대한다는 목표를 제시했다


연료전지 전용 LNG 요금제 신설(올해 5월 시행), 그린수소 활용 시 REC 우대, 장기 고정가격계약 제도 도입 등을 통해 경제성을 확보하고 수출 산업화를 이룬다는 계획이다.



 

가정·건물용은 분산전원 및 친환경성 등의 장점을 활용해 20187MW(3,167개소)에서 202250MW, 20402.1GW로 보급을 확대하고 수출기반을 마련한다는 목표다


이를 위해 주택·건물 등의 난방용, 병원·데이터센터 등의 비상전원용으로 연료전지시장을 확대하고, 공공기관 설치 의무화 제도 등 시장창출 지원 방안을 검토할 예정이다연료전지 대여사업, 중개사업 등 새로운 비즈니스를 확산하고, 설치장소와 사용 유형별로 다양한 모델 출시도 지원할 계획이다.

 

정부는 또 3차 에너지기본계획을 통해 연료전지 기반의 분산발전 시설을 2040년까지 전체 전원 비중의 30% 수준으로 확대한다는 계획을 밝혔다.



 

산업부는 지난 5월 연료전지 전용 요금제가 신설돼 기존 대비 LNG 요금이 6.5% 인하됨으로써 업계의 수익성 개선으로 올 하반기부터 연료전지 보급이 가속화할 것으로 전망했다.

 

또 지난 4월 연료전지 규제개선 및 보급 확산 등을 위해 발전용 및 가정·건물용 연료전지 관련 기업들을 중심으로 연료전지 발전협의회를 구성하고, 2020년 협회로의 전환을 추진할 예정이다.

 

이밖에 2019 산업부 추경 예산안에는 건물용 연료전지 보조금 100억 원이 반영됐다. 기존 50억 원(250kW 규 모)에서 150억 원(750kW 규모)으로 보급 규모가 대폭 늘었다.

 

차세대 연료전지 ‘SOFC’ 뜬다  

이렇게 정부 정책에 힘입어 연료전지 보급 확대가 전망되고 있는 가운데 발전용 시장에서는 포스코에너지(MCFC)가 장기간 사업을 중단하고 있어 두산이 포스코의 빈자리를 채우며 시장을 계속 확대해 나갈 것으로 보인다.

 

가정·건물용 시장에서는 에스퓨얼셀과 두산이 여전히 시장을 선도하고 있다. 에스퓨얼셀은 국내 사업 경험과 기술력을 바탕으로 최근 중국과 유럽 진출까지 추진하고 있다.

 

이러한 가운데 뉴 페이스 ‘SOFC’가 시장에 출현하면서 향후 연료전지 시장판도 변화가 흥미롭게 전개될 것으로 보인다


이미 국내 발전용 시장에서는 미국 블룸에너지의 SOFC가 설치되고 있고, 옥천군 20MW, 전남 강진산업 단지 1단계 24MW 등 계획 중인 SOFC 프로젝트들도 줄줄이 생겨나고 있다.


SOFC는 고온형(작동온도: 600~1,000) 연료전지로, 전해질로는 전도성 세라믹을 사용한다. 수소·도시가스·바이오가스 등 다양한 연료사용이 가능해 차세대 연료전지로 평가된다


특히 타 연료전지 대비 발전 효율(45~60%)이 높아 최근 각국에서 가정·건물용, 발전용으로 이용하기 위한 연구가 활발하게 진행 중이고, 이미 미국과 일본, 유럽을 중심으로 상용화하기 시작했다.



 

미국의 대표적인 SOFC 기업으로는 이미 한국과 일본 시장에 진출한 블룸에너지가 있다. 블룸에너지는 200~300kWSOFC시스템을 생산하고 있으며, 이 제품은 미국을 중심으로 350MW(누적_2018년 말 기준)가 설치됐다. 


일본은 더 적극적이다. 이미 가정용 연료전지(에너팜) 분야에서 아이신이 700WSOFC 시스템을 활발하게 보급하고 있다. 교세라는 지난 20173kW 건물용 SOFC 시스템의 상용화를 개시했다. 후지전기는 50kW급 업무용 SOFC 시스템을 개발하는 데 성공하고 지난해 실증 평가를 마쳤다.

 

미우라는 영국 SOFC 연료전지 기업 Ceres Power와 협력해 4.2kWSOFC 시스템을 개발하고 올해 10월 출시할 계획이다. 도쿄가스는 5kW, 히타치조선은 20kWSOFC 시스템 개발을 각각 완료한 것으로 알려졌다.



 

유럽에서는 이탈리아의 솔리드파워가 1.5kW, 6kWSOFC를 개발해 판매 중이다. 이탈리아 기업 Convion은 바이오가스를 연료로 하는 58kWSOFC 시스템을 개발해 지난 201711월부터 실증운영 중이다.

 

SOFC 전문가들에 따르면 가정·건물용 SOFC는 기존 가스보일러와 설치 공간 및 방법이 유사해 설치 제약이 없어 학교·대형 마트·공장·상가 등 다목적 건물에 활용되고 있으며, 병원·소방서·통신 서버 등 비상 전력 장치로도 활용이 가능하다.

 

다만 느린 시동성과 열 사이클에 대한 낮은 내구성 문제가 단점으로 지적된다. 이러한 문제는 전력망과의 계통 연계를 통해 해결할 수 있다. 대표적인 예로 일본 아이신의 가정용 연료전지(SOFC)는 전원을 끌 필요없이 전기를 사용하고 남은 잉여 전력은 전력 시장에 판매해 수익을 얻을 수 있다.



 

또한 SOFC는 귀금속 촉매가 필요하지 않고 다른 연료전지에 비해 발전 효율이 높아 중대형 발전용 연료전지로도 유망하다.

 

배중면 KAIST 기계공학과 교수는 “SOFC는 수소경제 사회에서 가정·건물·발전용 등 정치형 분산발전뿐만 아니라 트럭·선박·항공 등 이동형 전력공급 장치, 스마트 그리드에서 SOFC의 역반응을 이용한 대용량 에너지저장시스템(ESS) 등 다양한 분야에서 활용도가 높다라며 탄소 경제사회에서 수소경제 사회로 전환하는 데 있어 연료전지 시장을 확대하고, 관련 산업 생태계를 형성할 수 있는 중요한 연결고리 역할을 할 것이라고 밝혔다.

 

국내 연료전지 시장 새바람 ‘SOFC’  

국내에서는 STX중공업과 미코가 SOFC 시장을 선도하고 있다. 이밖에 경동나비엔, 에이치앤파워, 피앤피에너지텍 등의 기업들이 상용화를 추진하고 있다.



 

STX중공업은 지난해 2월 자체 기술로 개발한 1kWSOFC 시스템(상표명: encube)에 대해 한국가스안전공사의 가스기기 인증(KGS AB934)을 국내 최초로 획득해 상용화를 위한 중요한 발판을 마련했다. 또 지난해 10월 국내 최초로 SOFC 시스템 설계·제작 및 운전 제어 기술에 대해 녹색기술인증까지 획득했다.

 

이동원 STX중공업 신사업센터장(SOFC 산업화 포럼 회장)가스안전공사의 가스기기 인증 및 녹색기술인증을 통해 다년간 국산 기술을 기반으로 축적한 부품 설계 및 시스템 엔지니어링 기술력을 인정받았다라며 향후 자체 고유기술을 기반으로 중·대형, 선박용 연료전지시스템으로까지 그 영역을 확대해 국내 SOFC 대표기업으로 발돋움할 것이라고 밝혔다.

 

미코도 순수 국내 기술로 2kWSOFC 시스템(상표명 : TUCY)에 대해 지난해 9월 한국가스안전공사의 가스기기 인증(KGS AB934)을 획득했다. 이번 인증에서 공식적으로 국내 최고의 발전효율(51.3%)을 달성했다. 이는 지난 2017년 상용화를 개시한 교세라(일본)3kW 건물용 SOFC 시스템의 발전효율 52%와 견줄만한 높은 수준이라는 게 미코 측의 설명이다.

 

최성학 미코 대표는 “2kWSOFC 시스템의 상용화를 위한 준비와 함께 고출력 시스템(수십~수백kW) 개발도 가속화하고 있다면서 이를 통해 건물용 및 산업용 발전시장으로의 진출을 꾀하고, 향후 해외시장 진출도 계획 중이라고 말했다.

 

특히 STX중공업과 미코는 지난해 하반기부터 산업부의 국책과제인 ‘kW급 건물용 SOFC 실용화 기술개발을 수행하고 있다. 이번 과제는 국산 SOFC 기술을 적용한 국내 첫 SOFC 시스템 실증과제라는 점에서 의미가 크다. 50kW 규모의 SOFC 시스템 실증이 이뤄진다.

 

이동원 STX중공업 신사업센터장은 국내에 건물용 SOFC를 시장에 내놓기 위해서는 경제성 확보와 성능 보완이 필요하다라며 이번 SOFC 실용화 과제는 상업화의 첫 단계로서 개발이 완료된 SOFC 제품에 대해 민간 기관과 함께 실증을 수행하고, 이를 통해 제품의 완성도와 시장 수용성을 높이는 것을 목적으로 하고 있다고 의미를 전했다.

 

경동나비엔은 700~750WSOFC 시스템을 개발하고 상업화를 준비 중이다. 경동나비엔의 관계자는 회사의 주력 제품이 가정용 보일러이다 보니 연료전지도 가정·건물용 시장을 타깃으로 개발하게 되었다고 밝혔다.

 

개질기 전문기업 에이치앤파워는 3kWSOFC 시스템 개발에 성공해 내부 실증을 진행 중이다. 피앤피에너지텍은 연료전지 시험장치 개발 및 제조를 통해 얻은 노하우를 살려 1kWSOFC 시스템 개발에 성공했다.

 

정부도 SOFC의 시장 진입을 위한 제도개선에 본격 나섰다. 그동안 국내 기업들이 SOFC 제품을 개발했음에도 관련 KS 인증제도가 없어 상용화 길이 막혀 있는 상황이었다.

 

산업부는 SOFC 제품시험 및 실증 등을 거쳐 SOFC KS 표준 발효를 추진하고 있다. 이렇게 되면 SOFC는 정부의 신재생에너지 보급사업에 참여할 수 있어 안정적인 시장을 확보할 수 있게 된다.

 

또한 국내 최초로 SOFC 생산시설이 구축될 예정이다. 산업부에 따르면 오는 81MW급 건물용 연료전지 생산공장이 준공되고 하반기 중으로 50MW급 발전용 연료전지 조립공장이 착공돼 200MW까지 규모가 확대될 전망이다.

 

정부는 SOFC의 효율 및 경제성 제고를 위한 전략적 R&D 및 실증 지원을 확대할 계획이다. 우선 ‘2019년도 신재생에너지기술개발사업을 통해 올해부터 오는 2023년까지 국비 180억 원을 투입해 150kW급 이상의 분산발전용으로 확장이 가능한 고효율 모듈형 SOFC 시스템을 개발한다.


이번 과제는 국내 시장에 진출한 미국 블룸에너지의 대항마로 활용하기 위한 것으로 해석되고 있다.


블룸에너지는 SK건설과 손잡고 지난 201712월 분당 복합화력발전소 내에 국내 최초로 8.3MW 규모의 SOFC 발전설비 구축을 완료했다. 양사는 국내 시장 진출을 본격화하기 위해 지난해 11월 블룸에너지의 발전용 연료전지 주기기에 대한 국내 독점 공급권 계약을 체결했다.

 

이후 SK건설은 한국중부발전·KT 등과 총 3건의 블룸에너지 연료전지 주기기 공급 및 공사계약을 체결했다. 중부발전과는 6MW, KT와는 2(0.9MW)에 총 1.8MW 규모로 연료전지 발전설비를 구축할 예정이다.

 

이탈리아 솔리드파워도 국내 연료전지 기업과 손잡고 한국 시장 진출을 추진하고 있다.



 

솔리드파워는 지난해 11월 대전시, 국내 연료전지 기업 에프씨아이와 대전시 둔곡 외국인투자지역 내 49,500의 면적에 총 5,120만 달러를 합작투자 방식으로 투자해 연료전지 생산 공장을 설립하는 내용의 양해각서를 체결했다.

 

일본의 미쓰비시 히타치파워시스템즈(MHPS)는 국내 기업과의 연료전지 사업제휴를 통해 한국 시장 진출을 협의 중인 것으로 전해지고 있다. MHPS는 지난 2017250kWSOFC-가스터빈 복합시스템의 실증을 마치고 상용화를 추진하고 있다.

 

이외 국내 연료전지 기업 에스퓨얼셀도 SOFC 시장 진출을 위해 해외 기업과의 제휴를 모색 중인 것으로 알려지고 있다.

 

산업부의 관계자는 올해 안으로 관계부처와 공동으로 수소 기술개발 로드맵을 수립해 SOFC 등 연료전지의 기술 국산화를 적극 지원할 계획이라며 국내 기업들이 PAFC, MCFC, SOFC 등 다양한 유형의 연료전지 기술을 확보해 설치 환경에 맞춰 보급을 확대해 나갈 수 있도록 하겠다고 밝혔다.

 

지자체도 일정 규모 이상 신축 건물에 SOFC를 설치할 수 있는 기준을 마련하고 있다.

 

서울시는 중·대형 건물에 SOFC도 설치할 수 있도록 하는 설계 기준안을 마련해 올 하반기 중 고시할 예정이다. 우선 연면적 10이상인 환경영향평가 대상 건물에 적용하고, 내년부터는 연면적 3,000이상(서울시 녹색건축물 설계기준 심의대상) 건물로 확대한다는 계획이다.


 

SOFC의 도전과 과제   

그러나 국내에서 SOFC가 안착하기 위해서는 해결해야 할 과제들이 많아 보인다.

 

먼저 해외 기업과의 경쟁에서 살아남기 위한 핵심기술 개발 노력이 시급하다는 지적이 제기된다. SOFC는 다른 종류의 연료전지보다 기술집약도가 높아 초기 투자비와 기술개발에 많은 노력과 자금이 필요하다. 이로 인해 우리나라보다 앞서 공격적인 투자를 펼친 해외 기업과의 산업화 주도권 확보 경쟁이 치열해질 것으로 보인다


배중면 KAIST 교수는 국내 기업들이 가정·건물용 SOFC 시스템을 개발해 판매를 앞두고 있는 상황이라며 그러나 해외 선진사들의 스택 기술이 이러한 국내 가정·건물용 SOFC 시장을 적극 주시하고 있다. 따라서 핵심기술을 적극적으로 국산화하고 해외 기술에 대한 의존도를 낮춰 국내 SOFC 시장이 외국 자본에 의해 잠식되지 않도록 대응할 필요가 있다고 강조했다.

 

배 교수는 이어 범정부 차원의 다양한 관련 연구 지원사업의 규모를 확대하고 미국 등의 선진 사례로부터 정책을 개선해 국산 SOFC 기술이 궤도에 오를 수 있도록 지원해야 한다또 국내 SOFC 산업의 상용화를 이끌 연구 인력이 매우 부족한 실정으로 기존 정부출연 연구소의 SOFC 전문 인력을 늘리는 방안부터 기업과 정부가 공동으로 출자하는 SOFC 분야 특화 연구시설을 설립하는 등 국가 차원의 SOFC 전문가 양성을 위한 정책 수립이 필요하다고 밝혔다.

 

현재 건물용 연료전지는 공공건물 신재생에너지 설치 의무화 제도에 힘입어 그 보급이 확대되고 있다. 이와 관련해 신재생에너지 설치 의무화 제도를 민간 부문으로 확대 시행이 필요하다는 의견이 제기된다.

 

이동원 SOFC 산업화 포럼 회장은 공공기관뿐만 아니라 일정 규모 이상의 민간 건물에도 연료전지 등 신재생에너지를 의무적으로 설치토록 하는 방안을 검토할 필요가 있다이를 통해 정부의 신재생에너지 보급 목표 달성이 보다 원활하게 이뤄질 수 있고, 연료전지 기업들도 고정적인 시장을 확보할 수 있어 기술 및 가격의 안정화를 위한 투자를 단행할 수 있을 것이라고 밝혔다.


 

그는 또 신재생에너지는 전통적인 발전 시스템에 비해 가격 경쟁력이 낮아 기업의 경우 초기에는 보조금 시장을 기반으로 성장한 후 대량생산을 통해 가격을 낮춰 보급을 확대하거나 추가 투자가 진행돼야 한다그러나 현재 건물용 연료전지 관련 예산은 kW급 기준 연간 200여대를 설치할 수 있는 규모에 머물고 있다. 이는 다수 기업의 경쟁을 고려할 때 과감한 투자를 하기는 힘든 수준이다. 수소경제 활성화를 위한 정부의 연료전지 예산 규모 확대가 절실하다고 말했다.

 

정부가 SOFC에 대한 정책적 지원을 강화하면 SOFC가 시장에서 충분히 자생할 수 있다는 견해도 나온다.

 

김동규 미코 이사는 국내 소재 및 부품, 시스템 개발 기업들이 오랜 기간 SOFC의 상업화를 준비해왔고, 서플라이 체인도 구축되어 있다“SOFC가 정부의 신재생에너지 보급사업 등 정책 시장에 연착륙하는 데 성공하면 다른 연료전지 타입에 비해 자생 가능성이 클 것이라고 밝혔다




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