2020.04.02 (목)

  • 구름조금강릉 18.5℃
  • 구름많음서울 13.4℃
  • 구름많음인천 10.5℃
  • 맑음원주 16.0℃
  • 맑음울릉도 13.3℃
  • 구름많음수원 12.3℃
  • 구름많음대전 17.3℃
  • 구름많음대구 18.5℃
  • 맑음전주 13.6℃
  • 구름많음울산 14.0℃
  • 구름조금창원 13.2℃
  • 구름조금광주 15.3℃
  • 구름조금부산 13.3℃
  • 구름많음목포 12.3℃
  • 맑음제주 13.8℃
  • 맑음양평 15.1℃
  • 맑음보은 15.8℃
  • 맑음천안 14.4℃
  • 구름조금김해시 13.8℃
  • 맑음경주시 16.8℃
기상청 제공

수소건설기계 개발 활발, 상용화는 ‘산 넘어 산’

가온셀 ‘지게차’, 범한산업 ‘굴삭기’ 이어 현대차도 개발 나서
올해부터 14톤급 건설중장비용 수소연료전지 파워모듈 개발 
수소충전인프라 시급한데 이동식 수소충전기 개발 과제 연기
표준화·인증 등 상용화 기반구축 작업도 ‘지지부진’



[월간수소경제 이종수 기자] 글로벌 건설기계 시장은 대기환경 개선을 위한 배기가스 규제 강화 등으로 인해 지게차와 굴삭기를 중심으로 수소건설기계 개발을 활발히 진행 중이다. 국내에서도 수소건설기계 개발이 진행되고 있지만 수소충전인프라와 상용화 기반구축이 함께 이뤄져야 한다는 목소리가 높다. 


정부가 지난해 1월 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’에 수소건설기계가 포함됐지만 수소 기술로드맵에 기술개발 과제만 반영됐을 뿐 구체적인 보급 목표와 상용화를 위한 제도적 지원 등 후속 방안이 나오지 않는 점도 문제로 지적된다. 

 

수소건설기계 개발 현황

미국에서는 이미 수소 지게차가 상용화되어 현재 코카콜라, 아마존, 월마트 등 30개 이상 사업장에서 플러그파워의 연료전지 파워팩 등을 적용한 2만2,000여 대가 운영되고 있다. 일본은 도요타를 중심으로 공장, 공항, 도매시장 등에서 500대 이상의 수소 지게차가 시범 운영 중이며, 오는 2030년까지 1만 대 이상을 보급할 계획이다.




유럽에서는 프랑스, 오스트리아, 독일 등의 물류센터에서 200대 이상의 수소 지게차가 실증 운전 중이다. 


영국에서는 굴삭기 업체 JCB와 연료전지 업체인 ITM이 수소 굴삭기 공동사업을 검토 중이다. 독일의 보쉬는 견인 트럭과 화물 이송을 위한 산업용 수소 트렉터를 개발했다. 볼보와 연료전지 업체인 Symbio는 2.5톤급 수소 굴삭기를 개발했다. 노르웨이 NASTA와 일본 히타치는 수소 굴삭기를 개발해 실증 운영 중이다. 키온과 BMW는 300여 대의 수소 지게차와 공항용 수소 트럭을 개발 중이다. 


국내의 경우 이미 정부 지원으로 2.5톤급 2종(PEMFC, DMFC)의 수소 지게차(가온셀)와 2톤급 수소 굴삭기(범한산업) 개발을 완료했다. 현대차도 현대건설기계와 함께 수소건설기계 개발에 착수했다. 

 

수소건설기계 시장 움직임 빨라져

정부는 지난해 1월 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’의 수소 모빌리티 분야에 수소건설기계를 반영해 오는 2030년까지 수소건설기계 상용화 보급을 확대하겠다는 계획을 밝혔다. 


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


지게차와 소형 건설기계용 연료전지 팩 상용화 개발, 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 활성화 로드맵 후속으로 마련한 수소 기술로드맵에는 지게차, 굴삭기, 로더, 건설트럭 등 4종에 대해 연료전지 시스템 가격 저감과 모듈확장, 제품 다변화를 위한 파워팩 설계·제어, 건설기계 내환경성(진동·충격)에 초점을 맞춰 19개 세부과제를 도출했다.  


지난해 3월에는 건설기계 분야의 수소경제 확산을 위해 산학연 전문가가 주축이 된 수소건설기계발전포럼이 출범했다.


시장의 움직임도 빨라지고 있다. 가온셀은 인천공항과 전북도, 울산시 등의 지자체에 시범 보급하기 위한 KS 인증 절차를 밟고 있다. 올 상반기 중으로 인증시험평가를 완료한다는 계획이다. 


전북도는 지난해 10월 ‘수소연료전지 지게차 파워팩 시범보급사업’을 공고하고, 사업 참여자를 모집한 바 있다. 이 사업은 전동지게차의 배터리를 수소연료전지 파워팩으로 교체하는 것으로 총 10대를 지원할 예정이다.   


인천국제공항공사는 지난해 9월 가온셀, 공항 내 4개 물류업체와 ‘수소연료전지 지게차 도입을 위한 업무협약’을 체결했다. 공항물류단지 내에서 사용 중인 약 500여 대의 디젤지게차와 노후 전기지게차를 단계적으로 수소연료전지 지게차로 전환할 계획이다.


범한산업은 2톤급 수소 굴삭기 개발에 이어 한국에너지기술평가원이 지난 1월 공고한 ‘2020년도 에너지기술개발사업’ 신규과제인 ‘14톤급 건설중장비용 수소연료전지 파워모듈 개발·실증’ 과제 수탁을 추진하고 있다. 




이 과제는 14톤급 건설중장비 2종(굴삭기, 로더 등) 적용을 위한 내구성·내환경성·내진동성이 확보된 수소연료전지 시스템을 개발하는 것이 목표다. 구체적으로는 건설중장비 디젤엔진(100마력급) 대체용 수소연료전지 하이브리드 시스템 개발과 이 시스템의 탑재 실차 실증, 수소연료전지 중장비 형식인증을 위한 안전·평가기준 수립, 다종 건설기계 모델에 활용할 수 있는 파워팩 표준화 수립이다.  


범한산업이 이번 과제를 성공적으로 수행하면 소형에 이어 중대형 굴삭기 시장에 진출할 수 있는 길이 열리게 된다. 건설기계는 크기가 다양한데 이중 14톤급이 건설현장에서 가장 많이 쓰인다.    


현대차도 지난 2월 현대모비스, 현대건설기계와 ‘수소연료전지 건설기계 공동개발 협력’을 위한 양해각서(MOU)를 체결하고, 연내 수소연료전지 지게차, 2021년까지 수소연료전지 굴착기 시제품을 각각 제작할 예정이다. 이후 실증을 거쳐 오는 2023년에는 수소연료전지 시스템이 적용된 지게차와 굴착기의 상용 제품을 출시한다는 계획이다. 


모두 대형급으로 수소 승용차 ‘넥쏘’ 연료전지 시스템을 기반으로 수소건설기계용 연료전지 시스템을 개발할 예정이다.  


글로벌 최고 수준의 수소연료전지 기술을 갖춘 현대차와 지난 1985년부터 건설장비와 산업 차량 부문에서 활동 영역을 넓혀온 현대건설기계가 손을 잡았다는 점에서 건설기계 분야의 수소에너지 활용이 한층 가속화될 전망이다.

 

수소충전인프라, 시급한 현안으로 떠올라

이처럼 수소건설기계 개발 움직임이 활발해지고 있지만 부품기술 부족, 수소충전인프라와 인증 법규 미비 등의 문제도 해결해 나가야 한다. 


특히 수소충전인프라 문제가 현안으로 떠오르고 있다. 가온셀이 개발한 수소 지게차는 인증이 완료되면 시범보급이 가능하지만 수소충전소 문제 해결이 시급해졌다.


수소경제 활성화 로드맵에 따르면 오는 2022년까지 자체 수소충전인프라, 2025년까지 공공 수소충전인프라를 구축한다는 게 정부의 계획이다. 그러나 수소충전인프라 구축에 관한 세부계획은 마련되어 있지 않은 상태이다. 정부가 지난해 10월 발표한 ‘수소 인프라 및 충전소 구축방안’에는 수소건설기계를 위한 충전소 확보방안은 제시되지 않았다. 


수소건설기계용 수소충전인프라 관련 기술개발과 구체적인 보급 계획이 필요한 이유다. 건설기계는 자동차와 비교해 부하 및 제어특성, 동력전달 메커니즘 및 엔진 운전 특성 등에 차이가 있고, 건설기계 종류도 무척 다양하다. 


건설기계관리법에 따라 대통령령으로 정한 건설기계 종류는 용도에 따라 토목·기초 기계 5종(굴삭기, 로더, 도저 등), 운반·하역 기계 6종(지게차, 덤프트럭, 크레인 등), 도로포장 기계 7종(롤러, 콘크리트 피니셔 등), 기타 건설기계 9종(쇄석기, 천공기, 공기압축기 등), 특수건설기계 8종 등 총 35종이다. 


또 건설기계는 비포장도로, 건설현장 등 일반 자동차보다 열악한 환경에서 운영된다. 건설기계용 수소충전인프라 기술개발이 필요하다는 목소리가 제기되는 이유다. 이동식 수소충전소가 가장 현실적인 방안으로 떠오르고 있다.  


정부는 수소 기술로드맵의 수소건설기계 분야 19개 세부과제 중 ‘건설장비용 이동식 수소충전기 개발’ 과제를 ‘2020년도 에너지기술개발사업’ 신규과제로 공고한다는 계획이었지만 이견이 있어 내년으로 연기됐다. 


이 과제는 700bar(350bar 겸용) 이동형 수소충전시스템과 고압 컴프레서를 개발·실증하는 것으로 올해 착수해 2022년까지 수행키로 되어 있었다.   


이 과제가 연기된 것은 현재 구축 중인 일반 수소충전소와 개발 중인 이동식 수소충전소를 활용하면 되지 않느냐 하는 의견과 수소건설기계 전용 이동식 수소충전기 개발이 필요하다는 의견이 상충했기 때문으로 알려졌다.    


그러나 일반 수소충전소와 개발 중인 이동식 수소충전소는 법규상 자동차(수소전기차)만 충전할 수 있다. 이러한 법규를 수소건설기계에 허용토록 완화해도 수소전기차 프로토콜에 맞춰져 있고 자동차와 건설기계의 특성이 서로 다르기에 수소건설기계의 수소연료 충전에 한계가 있다는 지적이다.


이에 따라 건설기계의 특성과 작업 환경에 맞는 수소건설기계 전용 이동식 수소충전기 개발이 필요하다는 것이다.  


현대차의 한 관계자는 “국내에서 수소건설기계의 개발이 진행되고 있지만, 건설현장에 수소충전소를 지을 수도 없어 수소충전인프라 문제가 심각하게 대두될 것”이라고 말했다. 




가온셀의 한 관계자는 “지게차를 몇백 대 이상 운영하는 업체들은 한 곳에 수소충전소를 구축하면 되지만, 몇 대씩 운영하는 업체에는 힘든 부분이 있어 이동식 수소충전소나 소형 충전기 등 다양한 수소충전인프라의 개발·보급이 필요하다”고 말했다.


한편 수소건설기계의 수소저장시스템으로 ‘수소저장합금’도 생각할 수 있다. 자동차는 경량화 추세지만 건설기계는 무게가 나가야 하는 특성이 있다. 무게가 가벼우면 건설현장에서 작업을 하다가 뒤집어지는 사고가 날 수 있기 때문이다. 


국내 수소충전 설비 업체들은 수소건설기계용 충전설비 개발·보급에 아직 관심을 보이지 않는 모습이다. 수소건설기계 시장에 대한 확신이 서지 않기 때문이다. 수소경제 활성화 로드맵에 수소건설기계가 반영되기는 했지만 구체적인 보급 목표가 마련돼 있지 않아서다. 


건설기계 관련 업계의 한 관계자는 “수소충전설비 업체들은 수소전기차와 자동차용 수소충전소 보급 목표가 뚜렷하게 나와 있으니 시장성을 보고 기술개발과 설비 보급사업을 추진하고 있는 것”이라며 “정부가 수소건설기계 보급 목표 수치를 설정하고, 현재 추진하고 있는 수소충전소 보급 계획에 건설기계용 충전소도 포함해 추진해 나가야 한다”고 말했다. 



가까운 일본의 경우 오는 2030년까지 수소 지게차 1만 대 이상을 보급하다는 명확한 계획을 가지고 있다. 수소 지게차용 소형 수소충전소도 시범적으로 구축해 나가고 있다. 대표적인 사례로 도요타는 아이치현 도요타시 모토마치에 위치한 자사 공장에 태양광발전을 이용해 수소를 제조·저장·공급할 수 있는 수전해식 소형 수소충전설비를 도입했다. 일본 나고야 지역의 관문인 주부국제공항에도 지게차용 수전해 수소충전소가 설치됐다. 



 

수소 실내 물류운반기계 실증사업 ‘주목’

관련 업계는 ‘건설장비용 이동식 수소충전기 개발’ 과제가 연기됨에 따라 울산에서 진행되는 사업에 기대를 걸고 있는 상황이다. 


지난해 11월 ‘수소 그린모빌리티 규제자유특구’로 지정된 울산은 올해 1월부터 2년간 수소연료전지 실내 물류운반기계와 수소연료전지 선박 상용화, 고효율 수소공급시스템 확충을 위한 실증사업을 진행한다. 실증 모니터링을 통해 안전성 기준 설정을 위한 데이터를 확보하고, 추후 소관 부처를 통해 실증 결과를 활용한 안전기준 마련과 특례고시를 추진할 예정이다. 


수소연료전지 실내 물류운반기계 실증사업은 수소연료전지를 적용한 지게차와 무인물류운반차, 이동식 수소충전소(차압식)를 산업현장에서 실증하는 사업이다. 수소연료전지 지게차 10대(용량: 연료전지파워팩 기준 5kW 이상)가 울산시 울주군 KCC일반산업단지 내 사업장, 수소연료전지 무인운반차 4대(용량: 연료전지파워팩 기준 3kW 이상)가 울산시 울주군 반천산업단지 내 사업장에서 실증이 진행된다. 이를 위한 이동식 수소충전소(700bar급 복합용기 적용) 1기가 운영된다. 수소고체저장시스템도 개발할 예정이다.


한영테크노켐, 에스첨단소재, 일진복합소재, 원일티엔아이, 유니팩, 하나티피에스, 에스아이에스, 가온셀, 비나텍, 알티엑스, 코멤텍, 스마트오션 등 11개사와 한국에너지기술연구원, 건설기계부품연구원, 울산테크노파크, 한국가스안전공사 가스안전연구원 등 4개 기관이 참여한다. 


이번 실증사업이 완료되면 이동식 수소충전소는 이동이 간편한 구조로 기존 자동차용 수소충전소에서 제공하지 못하는 산업현장 수소 모빌리티를 대상으로 특화된 수소공급 서비스를 제공할 것으로 기대된다.  


수소고체저장시스템은 100기압 이하 저장으로 수소충전에 따른 시스템 비용을 줄이고, 상용 고압 급유 시스템을 수용할 수 없는 건축물과 시설에 적용할 수 있는 장점으로 인해 자중이 필요한 건설기계와 고압 적용이 어려운 물류 상가 운반차 등을 중심으로 활용성이 증가할 것으로 예상된다.  


그러나 이번 사업의 경우 소형 물류운반기계를 대상으로 한다는 점에서 한계가 있다. 중대형 건설장비용 이동식 수소충전소 개발·실증이 필요한 이유다. 현재 충남도가 중대형 수소건설기계와 수소연료전지 드론에 특화한 수소 규제자유특구 지정을 추진하고 있는 것으로 알려지고 있다. 이게 현실화한다면 중대형 이동식 수소충전소 개발이 진행될 것으로 예상된다.   

 



수소건설기계 상용화 기반구축 ‘시급’     

수소건설기계의 형식승인과 인증 등 상용화를 위한 관련 법규와 제도 정비도 시급한 것으로 지적된다. 실증으로만 끝나지 않고 시범보급사업으로 이어져 상용화 기반을 마련할 필요가 있다는 목소리도 나온다. 이미 2톤급 수소 굴삭기가 개발된 상태이므로 시범사업으로 이어져야 한다는 것이다.   


범한산업의 한 관계자는 “제품 개발 후에 시장에 제품을 내놓을 수 있도록 형식승인·인증 관련 장비구축, 평가 항목 선정과 테스트 등 개발 이후 과정이 원활히 수행될 수 있도록 정부의 관심과 지원이 필요하다”고 밝혔다. 


한편 전북도가 추진하고 있는 ‘수소건설기계 상용화 기반구축사업’에 관심이 집중되고 있다. 전북도는 지난해 완료한 관련 기획 연구용역 결과를 토대로 수소건설기계 연구·평가기반 구축사업을 수행해 전라북도가 수소건설기계 거점 지역으로 발돋움한다는 계획이다. 상용차 성능 검증과 안전성 확보를 위한 평가시설과 평가·연구를 위한 시험평가 설비 구축, 시험평가 기술개발 등이 이번 사업의 주요 내용이다.


구축된 수소건설기계 인프라와 제반기술을 활용해 다양한 용량과 용도 개발로 건설기계뿐만 아니라 농업용 기계, 상용차 분야 등에 적용해 수소 관련 신규시장을 선점한다는 계획이다.


김희수 건설기계부품연구원 수소연료전지그룹장은 “수소건설기계 기술은 농기계와 산업기계 등에 적용이 쉬워 확장성이 매우 큰 분야로 국내 산업육성과 세계 경쟁력 확보를 위해 국가적 지원이 시급히 필요한 상황”이라며 “수소건설기계의 핵심기술과 중요 부품기술에 대한 R&D 사업, 지원정책 설계, 성능과 신뢰성 평가를 위한 인프라 구축사업, 국내외 인증·표준 대응 등 산업환경 조성, 시장화를 위한 실증·보급사업 등이 진행돼야 한다”고 밝혔다.  


건품연에 따르면 글로벌 건설기계는 2000년 이후 연평균 6.0% 성장하고 있는 미래성장 잠재력이 큰 산업으로, 2018년 기준 세계시장 규모가 1,845억 달러(국내는 약 10조 원)에 달한다. 국내 건설기계는 세계시장에서 약 5.4%를 점유하며 세계 6위를 자랑한다. 세계 메이저 기업에는 두산인프라코어, 현대건설기계 등이 포함돼 있다. 또 건설기계 전체 생산액의 75%를 수출하는(일반기계 산업 중 수출 1위) 대표적인 수출 효자산업이다. 


이러한 건설기계 시장이 친환경적 건설기계기술로 변화하고 있는 만큼 우리나라가 글로벌 수소건설기계 시장 선점을 위한 정부의 적극적인 지원이 뒤따라야 할 것으로 보인다. 


지난해 5월 제정된 수소경제 1호 국제표준인 ‘마이크로 연료전지 파워시스템’에 이어 두 번째로 ‘건설기계용 수소연료전지 시스템 성능평가 기술’에 대한 국제표준 제정이 추진 중인 것처럼 수소건설기계 분야는 우리나라가 선점할 수 있는 충분한 잠재력을 가지고 있다.


이홍기 우석대학교 교수는 “범한산업이 2톤급 수소 굴삭기를 개발함으로써 수소건설기계 국제표준은 한국이 주도한다고 해외 관계자들에게 공언했다”라며 “수소건설기계의 표준화·인증 기반을 마련하는 작업에 속도를 내야 한다”고 강조했다.   




배너

배너




배너
배너