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‘H2WORLD 2019’ 성료 ② 수소충전인프라·연료전지 시장 열기 뜨겁다

가스공사 필두로 수소충전인프라 업체 대거 참가
제이엔케이히터, 250kg/day급 수소추출기 실물 전시 ‘관심’
지성큐앤텍, 독일 Sera사 수소충전소 압축패키지로 시장 진출 선언
현대차, 수소전기차와 함께 ‘현대로템 수소전기트램’ 소개
전동스쿠터, 굴삭기 등으로 연료전지팩 적용 다양화 추세
차세대 수소저장기술 ‘수소저장합금’도 선보여


[월간수소경제 이종수 기자] 경상남도와 창원시가 주최하고 H2WORLD조직위원회가 주관한 ‘H2WORLD 2019’ 산업전시회에서는 수소·연료전지 기술·제품 비즈니스의 장으로 수소산업 확장의 가능성과 기회를 엿볼 수 있었다.


현대자동차의 수소전기차 ‘넥쏘’와 수소전기버스는 올해도 변함없이 전시장 자리를 지키며 수소경제 선봉장의 역할을 톡톡히 뽐냈다. 현대차는 같은 그룹사인 현대로템의 수소전기트램도 함께 소개함으로써 현대자동차그룹의 수소 모빌리티 분야의 확장 의지를 확인할 수 있었다.


이번 전시회의 가장 큰 특징적인 부분은 수소산업 인프라 구축에 상당한 역할을 담당할 한국가스공사가 최대 규모로 처음 참가했다는 점이다. 최근 수소충전소 구축이 활기를 띠면서 전시회 참가 업체 중 수소충전인프라 관련 업체들이 많은 부분을 차지했다는 점도 눈에 띄었다. 지난해 전시회와는 달리 최근 뜨거운 화제인 수소추출 기술도 소개돼 수소생산 기술의 변화를 실감케 했다.  


수소경제의 양대 축(수소전기차, 연료전지) 중 하나인 연료전지 제품들도 여전히 주류를 이뤘다. 특히 연료전지가 수소전기차, 드론뿐만 아니라 전동스쿠터, 건설기계(굴삭기) 등으로 확대되는 추세를 확인할 수 있었다.   


이밖에 국내 기업 이플로우와 한국고체수소가 프랑스의 수소연료전지 전문기업 프라그마와 손을 잡는다는 반가운 소식을 전해왔다.       
 
새로운 수소 모빌리티 개척자 ‘현대로템’ 
현대로템은 현대자동차와 공동으로 수소전기트램을 개발 중이다. 수소전기트램은 약 33m 길이의 5개 모듈로 구성된 트램 1편성에 총 400kW급 연료전지를 탑재하는 식으로 개발된다. 수소 40kg 충전으로 200km 이상 주행(60kg 충전 시 300km)을 목표로 설계가 진행 중이다. 


현대로템은 올해 말까지 수소전기버스에 적용한 연료전지 파워팩을 이용해 수소전기트램에 적합한 성능플랫폼을 개발하고 성능시험을 완료할 계획이다.




현대로템의 관계자는 “모듈별로 수소전기버스와 유사한 운행조건과 동력성능을 가지고 있어 우선 현대차의 수소전기버스 기술을 활용하되 각종 인터페이스에서 다른 면도 있기 때문에 철도용으로 최적화하는 기술개발이 필요하다”고 설명했다.  


2단계로 2020년 말까지 철도차량용 수소연료전지 구동 시스템을 개발해 수소전기트램 양산형 시제 차량 제작을 완료하고, 마지막 3단계로는 수소전기트램 운행을 위한 각종 법규 정비 등 시장진입을 위한 준비를 하면서 2021년부터 실증노선에서의 주행 시험을 실시할 계획이다.


현대로템의 관계자는 “2020년까지 제작이 완료될 수소전기트램 양산형 시제 차량을 이용해 수소전기트램 실증사업이나 시범사업을 모색 중이며, 여러 지자체와 함께 사업구현 협의도 병행하고 있다”고 밝혔다. 


현대로템은 수소전기트램을 개발한 이후에는 1MW급의 중형 철도차량과 차량 1량에 3MW급의 대형연료전지 모듈이 필요한 철도차량(장거리 화물·여객운송이 가능한 수소전기기관차)으로 개발을 확대해나갈 계획이다.


가스공사 필두로 수소충전인프라 업체 ‘주목’
한국가스공사는 이전 전시회에 10부스 규모로 참가해 기존 천연가스 공급사업과 함께 수소사업 추진 로드맵을 소개했다.


가스공사는 정부의 ‘수소경제 활성화 로드맵’에 발맞춰 지난 4월 말 ‘수소사업 추진 로드맵’을 발표한 바 있다. ‘수소 생산·유통망 구축을 통해 수소경제 활성화를 견인한다’는 비전으로, 국가 전체 수소 수요의 60% 이상 공급하겠다는 것이 가스공사의 목표다.




가스공사는 풍부한 천연가스 인프라를 활용해 천연가스에서 수소를 추출하는 방식으로 수소를 생산·공급할 계획이다. 전국 4,854km에 이르는 천연가스 배관망과 공급관리소 403개소를 활용해 오는 2030년까지 수소생산시설 25개를 구축할 예정이다. 


우선 올해 사업비 약 60억 원을 투입해 김해관리소에 수소추출기와 수소충전소를 설치해 실증운영에 들어간다는 계획이다. 


수소 운송 인프라와 관련해서는 2030년까지 튜브트레일러 500대, 수소배관망 700km를 구축한다는 목표다.


충전 인프라 분야에서는 오는 2022년까지 하이넷을 통해 수소충전소 100기를 구축할 예정이다. 가스공사는 수소충전소 설치·운영 특수목적법인 ‘수소에너지네트워크(하이넷)’의 최대 출자사다. 하이넷은 올해 환경부 민간자본보조사업을 통해 수소충전소 20여 기를 수주했다.


가스공사의 수소생산기지 구축에 있어 필수 설비는 수소추출기다. 요즘 뜨거운 화제를 몰고 있는 수소생산설비다. 특히 올해 정부가 처음으로 수소생산기지 3기 구축에 나서 어떤 수소추출기가 채택될 지 관심이 모아지고 있다.


이번 전시회에 제이엔케이히터의 수소추출기가 주목받은 이유다. 현재 수소추출기는 일본(오사카가스, 미쯔비시화공기)과 유럽(에어리퀴드, 린데)이 선도하고 있다.




제이엔케이히터는 이번 전시회에 국내 최초 상용 수소추출기(HIIS-250 모델, 하루 250kg 수소생산) 실물을 전시해 큰 관심을 모았다. HIIS-250 수소추출기는 서울 상암수소충전소와 강원도 수소생산시설 구축사업에 처음으로 설치될 예정이다.


제이엔케이히터는 국가과제의 일환으로 HIIS-500 모델(500kg/day급)도 개발, 창원시 성주충전소에 설치해 시운전을 시작할 예정이다.   


조현석 제이앤케이히터 상무는 “제이엔케이히터 당진공장은 연간 20대의 수소추출기를 제작할 수 있다”라며 “정부와 지자체 주도로 진행 중이거나 계획 중인 수소생산 거점사업 등 수소 인프라 구축사업에 가장 기본적으로 필요한 수소추출기에 대한 수요 증가에 대비해 제작시설 확대를 검토 중이며, 내년 상반기에 구성을 완료할 예정”이라고 밝혔다.


제이엔케이히터는 전시회 이후 또 하나의 소식을 알려왔다. 지난달 20일 제이엔케이히터 당진공장에서 한국가스공사의 100% 자회사인 한국가스기술공사와 ‘수소산업 인프라 EPC 및 O&M 사업’ 상호 협력에 대한 업무협약을 체결한 것이다.


이번 협약을 통해 가스기술공사는 수소추출기 운영관리를, 제이엔케이히터는 수소추출기 제작을 맡게 된다. 수소추출기의 공급 및 영업에 대해서는 사업의 성격에 따라 양사가 동시에 또는 각사에서 별도로 수행하게 된다.


이에 따라 제이엔케이히터가 가스기술공사의 모기업인 한국가스공사의 수소생산기지 구축사업에 유리하게 접근할 수 있다는 전망이 나오고 있다. 




이번 전시회에서 제이엔케이히터 못지 않게 주목을 받은 것은 한국에너지기술연구원(이하 ‘에너지연’)의 ‘가압형 모듈화 고순도 수소생산 스키드 유닛’이었다. 비록 실물을 전시하지는 않았지만 업계 관계자들의 관심을 모았다.


에너지연은 과기부 국책연구과제로 ‘가압형 모듈화 고순도 수소생산 유닛 설계 기술개발’을 진행 중이다. 에너지연은 시장 보급형에 초점을 맞추고 개발 중이다. 하루 500kg급 수소생산 스키드 유닛을 10억 원 이하의 가격으로 보급할 수 있도록 한다는 목표다. 100% 국산화 설계를 핵심목표로 설정한 이유다.


에너지연은 개발 목표인 500kg/day급의 전 단계로 이미 200kg/day급 스키드 유닛(KIER HyPU-100)을 자체적으로 설계·제작해 현재 운전 테스트를 진행 중이다. 최근까지의 운전 결과는 수소 순도 99.999%, 수소 내 CO 농도 1ppm 이하, 수소생산시스템 효율 80%, 개질 효율 79.5%, 수소 회수율 90.2%를 나타내 성공적이라는 평가를 받고 있다.


김우현 에너지연 수소연구실 선임연구원은 “500kg/day급의 프로토타입 설계·제작을 완료해 현재 현장설치 작업 중으로, 오는 11월 말까지 시운전 및 공정개선 작업을 진행할 계획”이라며 “내년에는 500kg/day급의 스키드 유닛을 위한 3D-설계와 함께 공정 성능 및 안정성 관련 품질 데이터를 확보해 오는 2021년부터 2022년까지 500kg/day급 스키드 유닛을 실증함으로써 기술이전 및 산업화를 위한 초석을 다질 계획”이라고 말했다.  

 
지성큐앤텍은 이번 전시회에 독일 Sera사의 수소충전소용 압축패키지를 선보이며, 이 제품으로 수소충전인프라 시장에 진출할 예정이다.


Sera는 초기의 압축기 개발 모델에서 금속 다이어프램 압축기술을 적용했지만 수소경제의 도래에 따른 수소 수요의 확대와 고순도의 수소압축에 필요한 압축기의 신뢰성, 효율성, 내구성, 특히 수소의 오염을 방지하기 위한 기술 수요의 증대를 반영해 정제된 수소의 압축을 위한 혁신적이면서 유니크한 건식 타입의 피스톤 압축기를 개발했다.


압축패키지는 4.5m(L) X 2.5m(W) X 6.2m(H) 14ft 컨테이너 규격의 컴팩트한 패키지 타입으로 설치면적이 적게 든다. 수소가스의 압축, 밸브 컨트롤, 프리쿨링(Pre-cooling), 냉각까지 한 대의 패키지에서 모두 해결할 수 있어 운반 및 설치 편의성도 갖췄다.   

 
Sera의 압축패키지는 증설이 용이해 타 시스템에 비해 증설 비용 및 시간을 절약할 수 있다는 것도 강점이다.


최진영 지성큐앤텍 이사는 “설비의 구성요소가 단순해 관리가 쉽고 A/S를 최소화했을 뿐만 아니라 인터넷 연결을 통한 원격제어 및 모니터링 등이 가능하다”라며 “특히 설비 구성품의 자체 생산으로 부속품에 대한 대응이 타 설비회사보다 빠르고 경제적”이라고 강조했다.


지성큐앤텍은 세라와의 기술협력을 통해 수소압축기의 국내 규격화와 국산화를 이뤄 나간다는 계획이다.




광신기계공업은 국산화 개발한 다이어프램 수소압축기를 선보였다.


지난 2009년 지식경제부 과제를 통해 수소충전소용 다이어프램(diaphragm) 압축기를 개발해 충남 내포충전소와 울산 매암충전소, 광주 그린카진흥원 내 수소충전소에 공급했다. 추가로 충남 아산과 서산의 수소충전소에 다이어프램 압축기가 설치될 예정이다.


권환주 광신기계공업 대표는 “현재 수소충전소 시스템과 관련해 압축기와 관련 장비를 국산화해 공급 중”이라며 “압력용기는 국산 제품을 사용 중이고, 수소충전기, 프리쿨러, SCADA(모니터링 시스템) 및 POS는 광신기계공업이 개발한 제품을 사용하고 있어 국산화 비율은 90% 이상에 이른다. 따라서 수입 업체에 비해 30% 이상의 가격 경쟁력을 확보할 수 있고, 현재는 100% 국산화를 위해 노력하고 있다”고 말했다.




지티씨는 국책연구과제로 개발 중인 수소충전소용 고압 대용량(1,000bar급) 수소압축기를 선보였다. 


이 제품은 설계부터 모든 소재 및 정밀가공부품까지 국내 기술을 적용해 국산화율 90% 이상을 실현했다. 실린더 내부에 윤활유를 주입하지 않는 완전 무급유식으로 청정한 압축가스 생산이 가능하고, 컴팩트한 설계로 설치 공간을 적게 차지하며 유지보수가 용이하다.


지티씨의 관계자는 “지난 7월 수소충전소와 동일한 조건에서 500bar 압력으로 충전시험을 실시해 성공적인 결과를 확인했다”라며 “올해 안으로 820bar까지 수소를 충전하는 2차 시험을 완료할 계획”이라고 밝혔다.


일성기계공업은 현재 개발 중인 수소충전소용 수소저장용기를 소개했다.


이 제품은 type 2 방식의 수소저장용기로 수지를 사용하지 않고 메탈 와이어(wire)를 본체에 감아 안전성을 확보할 수 있다. 고가의 탄소섬유 대신 비교적 저렴한 메탈 와이어를 사용함으로써 경제적이고 초대형 용기 생산이 가능하다는 게 회사 측의 설명이다.


또 양산 표준형 파이프를 이용함으로써 품질 관리에 유리하고 캡 방식 체결을 통해 내부 연마의 용이성과 결함 검사 및 유지보수의 신뢰성을 확보할 수 있다. 


일성기계공업의 관계자는 “사용압력 875bar를 기준으로 설계압력 2,600bar 용기를 설계해 한국·미국·일본 특허등록을 완료했고, 중국과 유럽은 특허 심사 중”이라고 말했다.


연료전지 제품 다양화 
범한산업, STX중공업 등의 연료전지 시스템 기업들이 올해도 창원에 모습을 드러냈다.


범한산업은 건물용 연료전지(5kW, PEMFC) 시스템을 전시했다. 도시가스(모델명: BNH050)와 수소(모델명: BHH050)를 각각 연료로 사용하는 2개 타입의 시스템이다.


범한산업은 현대제철의 건물용 연료전지 기술을 이전받아 자체 보유 기술을 적용해 새롭게 시스템을 개선하고 시장 진출을 위한 인증을 추진 중이다.






범한산업은 이번 전시회에 건설기계용 수소연료전지팩과 이를 장착한 소형 굴삭기 실물을 전시해 관람객들에게 볼거리를 제공했다.  


범한산업은 두인과 함께 2톤급 수소굴삭기 개발을 완료하고 현재 현장 테스트 중이다. 장착된 수소연료전지팩은 배터리 하이브리드 형식으로 효율은 42% 이상, 운전시간은 최대 8시간, 내구성은 5,000시간을 목표로 개발됐다.   


STX중공업은 자체 기술로 개발한 1kW급 SOFC 시스템(상표명: encube)을 전시했다.


이 제품은 국내 최초로 한국가스안전공사의 가스기기 인증(KGS AB934)과 한국산업기술진흥원의 을 녹색기술인증을 획득했다.



STX중공업은 지난해 하반기부터 산업부의 ‘kW급 건물용 SOFC 실용화 기술개발’ 과제를 수행하며 다양한 사이트에서의 실증을 통해 사업화를 추진할 계획이다. 이와 관련해 경일대, 영남대, 국립대구과학관 등 3곳과는 SOFC 실증을 위한 협약을 체결한 상태이며, 추가로 실증 사이트를 발굴 중이다.


이 회사는 기술적 완성도를 더욱 높이기 위해 최근 STX중공업 신사업센터(대구) 내에 1kW SOFC 시스템 5대를 설치해 실증 운전을 시작했다. 또 현재 20kW SOFC 시스템을 개발 중이며, 내년 중으로 그 모습을 드러낼 예정이다. 2025년까지는 수백 kW급 시스템으로까지 확장한다는 계획이다.    


가온셀은 이번 전시회에 한국가스공사 부스에 자사가 개발한 수소연료전지팩이 장착된 의료용 전동스쿠터를 선보였다. 가온셀은 국내 최초로 지게차용 수소연료전지팩을 개발한 기업으로, 스쿠터, 카트, 배달용, 통신중계기 백업용 등으로 수소연료전지 기술 적용 범위를 확대해나갈 계획이다. 


가온셀은 지난달 24일 인천국제공항공사 및 공항 내 4개 물류업체와 ‘수소연료전지 지게차 도입을 위한 업무협약’을 체결하고, 공항물류단지 내에서 사용 중인 약 500여 대의 디젤 및 노후 전기지게차를 단계적으로 수소연료전지 지게차로 전환할 예정이다.


전기연구원 등 정부 산하 연구기관 참가
한국전기연구원, 한국기계연구원 등 정부 산하 연구기관들도 이번 전시회에 참가해 수소산업 확장을 위해선 민·관 공동의 기술개발 노력이 필요함을 보여줬다.


한국전기연구원은 ‘멀티터미널 DC 기반 그린 수소 수송 및 공급 네트워크’와 ‘400kW급 연료전지 전력변환장치용 병렬운전 단위 모듈’을 소개했다.


전기연구원이 개발 중인 ‘멀티터미널 DC 기반 그린 수소 수송 및 공급 네트워크’는 재생에너지 발전단지의 전력을 장거리 전송에 유리한 직류선로를 통해 원격 수요지로 전송하고, 수요지에서 수전해를 통해 수소를 생산·저장하는 기술이다.


수전해로 수소를 먼저 생산해 튜브 트레일러나 파이프라인으로 운송하는 방식 대비 안전성, 효율성, 경제성이 우수하다는 게 전기연구원 측의 설명이다.


전기연구원 관계자는 “기존 튜브 트레일러나 파이프라인 이용 시 교통사고, 수소 누츨 등으로 인한 폭발 및 화재의 위험성을 현저히 줄일 수 있을 뿐만 아니라 전력 전송속도가 빠르고 수송 시 전력 손실이 적다”라며 “또 신규 구축 기준으로 파이프라인 대비 경제성이 우수하다”고 설명했다.


400kW급 연료전지 전력변환장치용 병렬운전 단위 모듈은 연료전지·수전해·풍력·태양광·ESS 등 신재생에너지용으로 활용이 가능하며, 현재 국내 발전용 연료전지 시스템 업체에서 운전 중이다. 




한국전기연구원의 패밀리기업 이플로우와 프랑스 수소연료전지 전문기업 프라그마 인더스트리는 수소전기자전거 ‘Alpha’을 전시하고 시승의 기회도 제공했다. 프라그마의 수소전기자전거 ‘Alpha’는 1분 이내 충전으로 최대 150km까지 달릴 수 있다. 프라그마는 지난해부터 수소전기자전거 양산체제에 들어갔다.


이플로우는 이번 전시회 기간 중 프라그마와 한국 내 합작법인 설립을 위한 협약을 체결했다.


윤수한 이플로우 대표는 “합작법인을 통해 한국 내에 수소연료전지 자전거 제품을 소개·판매하고 수소연료전지 자전거에 포함된 각종 부품을 한국 제품으로 공급할 계획”이라며 “또 이플로우가 개발 중인 모터를 프라그마 전기자전거 엔진용으로 사용키로 합의했다”고 밝혔다. 

 
한국기계연구원은 액체수소 플랜트 핵심기술개발 사업 등의 현황과 연구 성과를 소개했다.


기계연구원은 지난달 5일 ‘상용급 액체수소 플랜트 연구단’을 출범하고, 오는 2023년까지 KIST 등 출연연과 KAIST, 중앙대, 홍익대 등 학계, ㈜대주기계, ㈜동화엔텍, ㈜대우조선해양, ㈜에스엔에스밸브 등의 기업과 함께 액체수소플랜트 핵심기술 개발에 나선다. 




재료연구소는 재료공정혁신연구본부 항공우주재료연구센터 양철남 박사 연구팀이 개발한 연료전지 동력원 및 무인기 기체를 소개했다. 


이 개발품은 최근 자동항법에 의해 6시간 40분 공중 시험비행을 하는 데 성공했다. 연료전지 추진 무인기는 수소탱크의 용량에 따라 비행시간을 2시간, 4시간, 6시간으로 용도에 맞게 연장할 수 있다.


재료연구소는 또 표면기술연구본부 최승목 박사 연구팀이 개발한 ‘고신뢰성 전착 공정 기술’을 소개했다. 연구팀은 청정 수소를 생산할 수 있는 수전해 시스템의 효율과 내구성을 증가시키는 역할을 하는 고효율 비귀금속 촉매를 저가로 합성 가능한 고신뢰성 전착 공정 기술을 세계 최초로 개발했다. 


고체수소저장기술 ‘눈길’
차세대 수소저장기술인 고체수소저장 기술도 소개돼 주목을 받았다. 


리켐의 자회사인 한국고체수소는 한국가스공사 부스에 고체수소저장기술이 적용된 수소전기자전거를 전시했다.




리켐은 지난 8월 29일 한국에너지재료와 합작법인 한국고체수소를 통해 수소사업에 진출한다고 밝힌 바 있다.


한국에너지재료는 미래창조과학부 산하 ‘고효율수소에너지 제조 저장 이용기술개발 사업단’에서 한국에너지기술연구원과 고용량 티타늄계 수소저장합금 대량 제조 기술을 공동 개발했다.


수소저장합금은 여러 종류의 수소친화력을 갖는 금속 원소와 전이금속 등을 조합한 것으로, 결정 격자 사이에 수소를 저장하고 가열이나 감압을 통해 수소를 방출할 수 있다. 수소저장합금으로 수소를 저장하면 수소를 고압가스로 저장하는 방식보다 부피가 최대 10분의 1 수준으로 줄어들어 많은 양의 수소저장이 가능하고, 폭발 위험이 없어 안전성이 높다는 장점이 있다.


리켐의 자회사 한국고체수소는 수소저장합금 생산을 위한 핵심설비인 진공유도용해로를 매입하고 수소저장합금 생산 준비에 본격적으로 나섰다. 진공유도용해로는 하루 최대 1톤 규모의 수소저장합금을 생산할 수 있다. 


최광석 한국에너지재료 부사장은 “충남 금산에 수소저장합금 생산공장을 조만간 준공할 예정“이라고 말했다.


최 부사장은 이어 “이번 전시회 기간 중 프랑스 수소연료전지 기업 프라그마가 자전거에 탑재된 우리의 고체수소저장 기술에 대해 많은 관심을 보였다”라며 “프라그마도 고체수소저장 기술을 개발했지만 우리 회사의 기술을 더 높이 평가하고 고체수소저장(수소저장합금) 용기와 주변 부품을 공급해달라는 요청을 받았고, 올해 안으로 프랑스에서 프라그마와 업무협약을 체결하기로 했다”고 밝혔다.




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