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액화수소로 로켓 쏘아 올린 美가 인정한 하이리움산업의 ‘액화수소기술’

미국에 ‘이동식 액화수소충전소’ 수출…국내 보급 기대
세계 최초 항공택시 ‘스카이’에 액화수소탱크 적용 ‘화제’
해외 업체와 수소전기트럭용 양산형 액화수소탱크 개발 협업
내년 중 강원도에 1톤 이상급 액화수소플랜트 구축 예정


[월간수소경제 김정윤 기자] 액화수소는 기체수소를 액체 형태로 만든 것으로, 기체수소보다 에너지밀도가 높아서 수소를 대량으로 저장·운송하는데 용이하다. 액체수소는 기체수소 대비 약 800배에 달하는 에너지밀도를 가지고 있다. 압력은 3기압 이하의 상압으로 200~800기압의 고압수소가스에 비해 안전하고, 운송비용이 1/10밖에 들지 않는다.


액화수소의 여러 장점 때문에 현재 미국과 유럽, 일본 등은 대규모 액화수소 플랜트를 운용하고 있는 반면 아직까지 국내에는 관련 인프라가 전무한 실정이다.


정부는 ‘수소경제 활성화 로드맵’에서 액화수소 핵심기술의 국산화를 적극적으로 추진해 오는 2030년부터는 액화수소를 상용화할 계획이라고 밝혔다. 이에 따라 국내 최초의 액화수소 전문기업 하이리움산업에 대한 관심이 모아지고 있다.  


세계 이목 집중시킨 ‘이동식 액화수소 스테이션’
수소 액화·저장 기술을 보유한 하이리움산업(대표 김서영)은 한국과학기술연구원(KIST)에서 20년간 수소 관련 연구에 매진하던 연구원들이 함께 뜻을 모아 지난 2014년 창업한 기업이다.


수소는 영하 253℃에서 액체 상태를 유지하며, 이러한 극저온 상태의 액화수소를 저장하고 이송하는 것이 하이리움산업의 핵심기술이다. 액화수소기술을 활용해 수소액화기, 액화수소 저장용기, 액화수소 이송관, 무인항공기용 연료전지 파워팩, 이동식 수소 스테이션 등을 생산하고 있다. 수소 누출시 페인트 색상의 변색으로 누출 부분을 육안으로 확인할 수 있는 수소누출감지페인트도 출시해 수소 안전관리에 기여할 것으로 보인다.


하이리움산업의 생산품 중 크게 주목을 받고 있는 것은 한국과학기술연구원, 현대자동차, 광주창조경제혁신센터와 함께 개발한 이동식 액화수소 스테이션이다.


수소전기차를 대중화하는 데 가장 어려운 점으로 꼽히는 것이 수소충전소 설치 문제다. 수소충전소 운영자 입장에서는 초기에 수소전기차 보급량이 미미한 상황에서 30억 원 정도가 소요되는 고정식 수소충전소를 설치하는 것을 부담스러워한다.


반면 소비자들은 수소충전소가 충분히 마련되지 않은 상황에서 수소전기차 구매를 꺼릴 수밖에 없다. 이 딜레마를 해결하기 위해 하이리움산업에서 개발한 것이 이동식 액화수소 스테이션이다.




이동식 액화수소 스테이션은 5톤 트럭에 고압의 액화펌프로 압축한 수소 저장탱크를 올려 수소전기차를 충전하는 장치다. 하루에 수소전기차 25~100대를 충전할 수 있고, 99.99% 이상의 고순도 액화수소 1,000~7,500리터를 운송할 수 있다. 한 시간에 4대를 충전할 수 있을 정도로 기존 배터리 전기차에 비해 충전 속도가 빠르다. 고정식 스테이션 절반 가격 수준으로 이동식 수소 스테이션을 갖출 수 있으며, 향후 고정형 수소충전 스테이션으로 쉽게 확장할 수 있다.


이동식 수소스테이션은 고정형 수소충전소의 설치가 활성화되기 이전까지의 마중물 역할을 할 수 있고, 고정형 수소충전소를 설치하기 힘든 지역이나 비상 대응용 등으로 활용이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다. 


하이리움산업은 ‘2018 평창동계올림픽’에서 이동식 수소충전소를 선보여 세계의 이목을 집중시켰다.


그러나 국내에서의 이동식 액화수소 스테이션의 보급은 아직 이뤄지지 않고 있어 아쉬움으로 남는다.


김서영 하이리움산업 대표는 “지난해 10월 1일 국내에도 이동식 수소충전소에 대한 특례고시가 발표됨에 따라 현재 이동식 수소충전소를 사용할 수는 있지만 아직도 액화수소탱크의 설치와 액화수소 운송에 대한 법규가 미비해 실사용에는 어려움이 있다”라며 “규제샌드박스 등 다양한 해결 방안을 강구 중이며, 올해 말이나 내년 초에는 국내에서도 액화수소 기반의 이동식 수소충전소 사용이 가능할 것으로 보인다”고 말했다. 




세계 최초 액화수소 드론 5시간 비행 성공
하이리움산업은 무인항공기(드론) 시장도 주목하고 있다.


세계 드론 시장은 2014년 5조5,000억 원에서 2022년 12조 원 규모로 확대될 것으로 예상된다. 국내에서도 연 10% 이상 성장하는 고부가가치 산업으로 급부상 중이다. 최근 중앙정부와 지자체에서도 드론 산업을 적극적으로 육성하고 있다. 드론은 농업용, 공장관리, 국가 인프라 재해관리 등으로 사용처가 점차 확대될 것으로 기대된다.


비행시간 연장은 드론 시장의 성장에 있어서 초미의 관심사다. 드론은 주로 배터리를 동력으로 사용하지만 장시간 비행이 필요한 경우 비행시간 연장을 위해 수소연료를 활용하고 있다. 특히 수소연료전지 사용 시 중량 대비 에너지밀도가 높은 액화수소 저장방식 개발이 확대되는 추세다. 이에 따라 하이리움산업이 개발한 드론용 액화수소 연료전지 파워팩에 대한 관심이 집중되고 있다. 




하이리움산업은 지난해 8월 세계 최초로 액화수소를 연료로 하는 무인항공기용 드론의 5시간 비행에 성공했다. 이 시연에는 하이리움산업이 독자적으로 개발한 액화수소 드론파워팩이 사용되었다.


기존 리튬배터리 드론은 약 20~30분을 비행할 수 있으며, 기체수소를 사용하는 드론은 약 2시간 비행이 가능하다. 이와 비교해 5시간 비행이 가능한 하이리움산업의 드론용 액화수소 연료전지 파워팩은 세계 최고 수준이라는 평을 받고 있다.    


세계 최초 항공택시에 액화수소탱크 공급
미국 알라카이 테크놀러지(Alakai Technologies, 이하 ‘알라카이’)가 지난 5월 29일 세계 최초로 액화수소를 연료로 사용하는 항공택시 ‘스카이(skai)’를 공개한 바 있다. 차세대 이동수단이라 평가받는 스카이에 하이리움산업의 액화수소 핵심기술이 적용돼 큰 화제가 됐다.

 
거대한 드론의 모양새를 한 스카이에는 하이리움산업의 초경량 액화수소 저장 탱크, 진공 이송관, 액화수소 충전시스템이 적용됐다. 이를 통해 스카이는 최대 4시간, 약 400마일(640km)을 비행할 수 있다. 

 


스카이는 최대 5명의 승객이 탑승할 수 있고, 안전과 보안을 위해 부품이 고장 나도 시스템은 끝까지 정상 작동하는 ‘내결함성 아키텍쳐’가 적용됐다. 유사시를 대비해서 기체 자체에 낙하산이 함께 설계된 것도 특징이다.


김서영 하이리움산업 대표는 “알라카이 측으로부터 먼저 러브콜을 받아 이번 항공택시 프로젝트에 협업하게 됐다”고 밝혔다.


알카라이는 항공택시의 미국 내 승인절차를 밟고 있으며, 이와 연계해 하이리움산업도 액화수소 기술을 미국에 수출하기 위한 여러 인증과 절차를 진행 중이다. 긴밀한 협업을 위해 미국 보스톤에 자체 공장을 확보해 제품 개발 및 관리 등 여러 업무를 현지에서 진행할 계획이다.


김 대표는 “알라카이사는 현재 우리가 납품한 액화수소탱크와 액화수소충전소를 이용해 미국 소방청의 승인을 받고 시험 중에 있으며, 오는 2022년 상용서비스를 위해 미국 FAA 승인을 추진하고 있는 것으로 알고 있다”라며 “우리 직원들도 미국 현지 고객사에 상주하면서 개발과 승인과정에 참여하고 있다”고 밝혔다.


하이리움산업은 지난해 하반기부터 해외 유수의 기업들과 수소탱크, 수소연료전지 드론, 수소충전소 등과 관련해 협업을 진행 중이다.


김 대표는 “전 세계 많은 고객들과 기술개발 비밀유지 계약이 체결한 상태라서 상세한 내용을 말하기는 어렵지만 앞서 언급한 것처럼 현재 미국 알라카이사에는 프로토타입의 액화수소탱크와 이동식 수소충전소가 납품되어 시험 중에 있고, 수소전기트럭과 관련해서도 해외 자동차업체들과 양산형 액화수소탱크 개발을 위한 사양확정을 진행하고 있다”고 밝혔다.




강원도 삼척에 액화수소 플랜트 구축 예정
미국 등 주요 선진국에서는 50년 전부터 액화수소를 우주선 연료로 활용하는 등 액화수소 기술을 개발해 액화수소 플랜트를 운영하고 있지만 국내에는 아직까지 전무한 실정이다. 이에 강원도는 삼척을 액체수소도시로 조성할 것이라고 발표하고, 2020년 중 최소 1톤 이상의 액체수소를 생산할 수 있는 액화수소 플랜트를 구축할 예정이다. 이를 위해 지난 5월 강원도는 삼척시, 하이리움산업, 한국과학기술연구원(KIST)과 업무 협약을 체결했다.


2020년에 액화수소 플랜트 구축에 착수할 경우 2022년 하반기에 액화수소 생산이 가능할 것으로 예상된다. 생산 시점까지 액체수소 활용처를 새롭게 발굴하는 것은 물론 국내 최초 액화수소충전소 구축도 병행 추진해나갈 예정이다.


김서영 하이리움산업 대표는 “액화수소는 고압기체수소 대비 안전성이 높고, 저장 및 운송의 효율성이 높다는 장점이 있다. 재생에너지를 이용한 수전해 장치와 결합하여 사용하면 수소충전소 설치 원가를 혁신적으로 줄일 수 있으며, 이는 향후 수소충전소 보급 확대에 큰 도움이 될 것”이라고 밝혔다.


강원도와 하이리움산업 등은 현재 구체적인 사업추진을 위한 실무회의를 지속적으로 진행하고 있다. 내년 초 예산 배정과 함께 사업이 본격적으로 시작될 예정이다.  


김 대표는 “액화수소플랜트가 국내에도 완성되면 수소충전소의 패러다임이 많이 바뀔 것으로 예상된다. 일본 동경타워 근처의 이와타니 액화수소충전소와 같이 작은 공간에 더 저렴하게 충전설비의 설치가 가능하고, 더 안전한 수소저장과 충전이 가능해 국내에서도 폭넓은 보급이 기대된다”라며 “국가적인 차원에서 안전한 대용량의 수소저장 운송방식인 액화수소 공급체계를 서둘러 만들어야 한다”고 강조했다.  




하이리움산업은 올해 말까지 하루 15kg의 액화수소를 생산할 수 있는 수소액화기를 강원테크노파크에 설치할 계획이다. 이 장비는 액화수소를 이용한 수소연료전지 드론의 운용과 액화수소 저장시험 등의 연구용으로 활용된다.


김 대표는 “하이리움산업의 액화수소기술은 가까운 미래에 안전한 수소충전소기술로써 많이 이용되고, 수소트럭 및 버스의 주행거리와 연비를 향상시키기 위한 액화수소 연료탱크 기술 등에도 활용될 것이다. 에어택시, 무인항공기의 수소연료 및 우주로켓 발사체의 핵심기술로 활용돼 국방력과 우주항공 기술력 향상에도 크게 이바지할 것이다. 나아가 세계적인 수소기술의 혁신기업이 되기 위해 더욱 노력하겠다”고 포부를 밝혔다.




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