▲ 김춘식 TNG 대표가 가스 공급압력 200bar로 설계된 마그네트 가스 압축기 실증 모듈에 대해 설명하고 있다.

[월간수소경제 이종수 기자] “기존 유압식 압축기보다 가스 압축의 경제성과 에너지 효율성을 높일 수 있는 마그네트(magnet, 자석) 방식의 가스 압축기를 개발 중입니다. 오는 2023년 연구용부터 900bar 마그네트 수소압축기를 내놓을 계획입니다.”

김춘식 TNG 대표의 수소압축기 개발 계획이다.

TNG는 ‘다음 세대를 위한 기술을 개발하는 기업’이라는 슬로건으로 지난 2019년 4월에 설립된 벤처기업이다. 현재 수원시 영통구에 있는 경기대학교 산학협력단 건물 내에 본사를 두고 있다.

이 회사는 가시창 사업을 본업으로 하면서 회사를 한 단계 도약시킬 수 있는 제품으로 수소압축기를 선정하고, 경제성과 에너지 효율성, 시스템 안정성에 초점을 맞춘 신개념 기술인 마그네트 수소압축기를 개발 중이다.    

김 대표는 “기존 유압식 가스 압축기는 전기에너지를 유압으로 변환하고, 이 유압의 에너지로 가스를 압축하는 과정을 거치면서 에너지 효율이 많이 떨어진다”라며 “압축된 수소를 만들기 위해서는 상당히 많은 에너지가 소비되는데, 경기도 내에서 상업 운전 중인 한 수소충전소는 전기를 한 달에 1만6,000kW 정도를 사용한다”고 밝혔다.

김 대표는 “유압식 압축기가 설치되어 있는 수소충전소는 모터 쪽보다는 냉각기 부분에서 전기 사용이 많다”라며 “고압의 유압은 굉장히 빠른 속도로 움직여 유체들 사이에서 서로 부딪히면서 열이 나는데, 그 열을 냉각시킬 때 많은 에너지를 소비한다”고 설명했다.

경제적이면서 높은 효율로 가스를 압축하는 게 가스 압축기 기술경쟁력의 핵심이라는 게 김 대표의 말이다. TNG가 마그네트 가스 압축기의 개발에 나서게 된 배경이다.

▲ TNG가 개발 중인 마그네트 가스 압축기 단위 모듈.(사진=TNG)

현재 TNG가 개발 중인 마그네트 가스 압축기는 영구 자석의 N극과 S극에서 발생하는 강력한 인력(attraction force, 두 물체가 서로 끌어당기는 힘)을 이용해 가스를 압축한다. 실린더 외부에 설치된 자석이 모터에 의해 직선 왕복 구동을 하면서 실린더 내부에 설치된 자석을 강력한 자기력으로 구동시켜 가스를 압축하는 원리이다.

김 대표는 “마그네트 가스 압축기는 다단 압축 방식을 사용하며, 다단 압축가스와 시스템에 설치된 준 압축 탱크를 결합하면 소형 시스템으로도 900bar의 압축가스를 얻을 수 있다”라며 “400bar로 공급받을 경우에는 8단 멀티 스테이지(Multi-Stage)를 이용해서 가스를 900bar로 압축할 수 있고, 고객의 요구에 따라 다양한 형태의 가스압축시스템을 구현할 수 있다”고 밝혔다.

김 대표는 아직은 초보 단계이지만 기존 유압식 압축기보다 한 단계 높은 기술이라고 자신감을 보였다. 

우선 높은 에너지 효율을 보일 것으로 기대하고 있다. 마그네트 가스 압축기는 유압식과는 달리 전기 모터의 힘(전기에너지)이 직접 가스를 압축하기 때문이다. 

또한 마그네트 가스 압축기는 고압의 실(seal)이 필요하지 않아 3,000시간 이상의 연속 사용이 가능하다는 설명이다.  

김 대표는 “마그네트 압축기는 압축 실린더 내측과 외측에 자석이 있는데, 외측 자석 모듈을 구동시켜 내측 피스톤을 움직여서 압축하는 방식”이라며 “구동부(모터)와 실린더 간 연결부가 없는 비접촉식이기에 실링이 필요하지 않다”고 설명했다. 

김 대표는 “유압식 압축기는 피스톤과 다이어프램 방식이 있는데, 유압 피스톤 방식은 실이 파손되어 가스에 기름이 섞일 개연성이 항상 있어 수소가스에 기름이 있는지 검지하는 센서가 있다”라며 “마그네트 가스 압축기는 오일을 사용하지 않기에 원천적으로 기름이 섞일 일이 없고, 힘의 발생 원리가 자석에서 발생하는 인력이기에 안정적이고 균일한 힘의 유지가 가능하다”고 말했다. 

그는 이어 “통상 수소충전소에서는 100kW급 모터를 사용하는데, 마그네트 압축기를 사용하면 20kW 선으로 줄일 수 있어 전력비용도 절감할 수 있다”고 밝혔다. 

TNG는 하드웨어적으로 공기와 질소 등 초저온가스를 적용하는 공급압력 200bar 압축기의 설계를 마치고, 이의 실증을 진행하면서 관련 소프트웨어 개발과 함께 수소 적용을 위한 연구를 진행 중이다. 900bar까지 대응할 수 있도록 개발할 계획이다.   

다만 마그네트 압축기는 수소 취성에 약하다는 단점이 있다. 이 문제를 해결하기 위해 내년에 수소 취성에 대응할 수 있는 마그네트 코팅기술을 개발할 예정이다. 이 기술을 적용하면 수소압축기로서 기능을 발휘하게 된다.


▲ TNG가 충전소용 수소압축기로 설계 중인 마그네트 가스 압축기(위)와 그 외관(아래).

TNG는 올해 안으로 마그네트 가스 압축기의 소프트웨어 개발을 완료하고, 200bar 압축기 실증 모듈을 연구기관, 수소 관련 업계 등에 공개해 마그네트 가스 압축기를 소개할 예정이다. 

TNG는 상품화의 일환으로 내년에 잠수함용 마그네트 공기압축기를 개발할 예정이다.

김 대표는 “마그네트 압축기는 모터만 작동하기 때문에 저소음과 저진동이라는 장점이 있어  잠수함 부문에서 경쟁력이 있을 것으로 보고 있다”고 말했다.

2023년에는 마그네트 수소압축기를 내놓을 계획이다. 1차 상품은 연구용이다. 전 세계적으로 연구용으로 마그네트 수소압축기의 수요가 많을 것으로 기대하고 있다.

김 대표는 “수소 연구를 하려면 900bar까지 압축된 수소를 만들어야 하는데 이렇게 할 수 있는 압축기는 아직 없다”라며 “컴팩트하게 연구용 900bar 마그네트 수소압축기를 만들 것”이라고 밝혔다. 

TNG는 연구용에 이어 수소충전소 시장에도 진출할 계획이다.

김 대표는 “마그네트 가스 압축기는 유압식보다 기술적으로 에너지 효율성이 확실하게 경쟁 우위에 있기에 충분히 시장에서 호응을 얻을 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.    

SNS 기사보내기