2022.11.17 (목)

INSIDE

연료전지・BOP 시스템 A to Z 솔루션, 케이퓨얼셀

코렌스그룹 계열사로 2021년 1월에 설립
현대차로부터 연료전지 차량용 BOP 부품 2종 수주
발라드社 스택 기반 30kW 연료전지시스템 개발 완료
수소차‧전기차 열관리시스템, 부품 모듈화에 강점

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[월간수소경제 성재경 기자] “1990년대 시티폰을 생각하면 됩니다. 전화를 걸기만 하고 받을 순 없는 발신전용 핸드폰이었는데(메시지는 삐삐로 받았다), S사의 애니콜(피처폰)이 나오면서 싹 사라졌어요. 기술이란 게 그렇습니다. 신기술이 이전의 비효율적인 기술을 서서히 밀어내는 게 아니라 딱 단절이 되는 순간이 옵니다. 그때를 대비해서 철저하게 준비를 해온 제품만이 살아남게 됩니다.”


케이퓨얼셀(K-Fuelcell) 나성욱 대표의 말이다. 짧은 머리에 다부진 몸을 하고 있다. 성격이 시원시원하고 화법도 직설적이다.


케이퓨얼셀은 2021년 1월에 설립된 신생 기업이다. 사명에 든 ‘퓨얼셀’이 의미하듯 ‘연료전지시스템’ 업체라는 정체성을 분명히 하고 있다. 하지만 이게 다가 아니다. 케이퓨얼셀은 수소전기차 주변장치(BOP), 전기차 열관리시스템 사업도 함께한다. 특히 BOP 분야에 상당한 실력을 갖춘 곳이다.


“연료전지 사업에 뛰어든 스타트업을 보면 스택 기술에 집중하는 곳이 많은데, 우리는 다릅니다. 수소전기차에서 스택이 차지하는 비중이 45%라면 나머지 55%는 BOP라 할 수 있죠. BOP는 아무나 못합니다. 공기공급시스템, 수소공급시스템, 열관리시스템을 훤히 꿰고 있어야 해요. 케이퓨얼셀은 BOP를 기반으로 연료전지시스템을 한다는 분명한 차이점이 있습니다.”

 

 

수소연료전지, BOP 시스템 개발사

케이퓨얼셀은 자동차 배기가스 재순환장치(EGR) 세계시장 점유율 1위인 코렌스(KORENS, 회장 조용국)의 그룹사로 통한다. ‘Korean Environmental Solution’을 의미하는 코렌스는 배기가스 재순환시스템을 글로벌 자동차 회사에 공급해왔고, 전기차・수소전기차 같은 미래차 전환에 발 빠르게 대응해왔다. 


여기서 잠깐 코렌스 그룹의 계열사를 살펴보자. 부산 강서구 미음산단에 있는 ‘코렌스EM’은 전기차 구동시스템인 드라이브 유닛(Drive Unit)과 그 부품인 모터, 인버터, 감속기 등을 생산한다. 충남 계룡에 있는 ‘코렌스RTX’는 연료전지용 촉매와 나노 소재 사업을 맡고 있다. 바로 이곳 케이퓨얼셀은 경기도 용인의 기흥ICT밸리에 본사와 연구소가 있다. 이 세 곳의 계열사가 코렌스 그룹의 미래를 이끄는 ‘삼두마차’다.


“내연기관에서 전기차 시대로 넘어가는 전환기에 대응하기 위해 지난 2019년 5월에 전기차・수소차용 부품 개발을 위한 ‘이-모빌리티(E-Mobility) 연구소’를 설립했어요. 이 연구소 인력을 주축으로 2021년 1월에 설립한 회사가 케이퓨얼셀입니다. 연구소를 세운 지 딱 2년 만에 현대차로부터 연료전지 차량용 BOP 부품 2종을 수주하는 성과를 올렸어요. 이게 정말 대단한 겁니다. 자동차 부품시장의 진입 장벽은 매우 높아요. 요구 성능 만족은 기본이고, 높은 내구성과 원가 경쟁력을 필히 갖춰야 합니다.”


케이퓨얼셀은 연료전지 공기공급계의 공기압력조절밸브, 열관리계의 이온필터 부품 양산 수주에 성공했다. 이온필터는 이온수지를 통해 냉각수에 존재하는 양이온과 음이온을 제거하는 역할을 한다. 스택 사이를 흐르는 냉각수에 이온이 많으면 전기가 누설될 수 있어 필터로 없애줘야 한다. 

 


현대자동차를 상대로 갓 설립된 신생 회사가 이런 성과를 내기란 불가능에 가깝다. 그 불가능을 가능으로 바꾼 일등공신은 나성욱 대표다. 


그는 현대자동차에 신입으로 입사해 연료전지차 부품 개발과 시스템 설계 일에 15년을 전념한 이 분야 베테랑이다. 여기에 국주호 기술연구소장, 신용환 전동화사업부장 등이 함께하면서 힘을 보태고 있다. 현재 직원 수만 60명이 넘는다. 


케이퓨얼셀이 수주에 성공한 제품은 2종이지만, 실제로 더 많은 제품을 들고 입찰에 응했다. 일산 킨텍스에서 열린 H2 MEET에 케이퓨얼셀이 전시한 BOP 제품만도 8종에 이른다. 막가습기, 냉각수 온도제어밸브, 수소 차단・공급밸브 등이 여기에 든다. 


“입찰 조건에 맞는, 기본적으로 고객사가 요구하는 성능과 내구성이 검증된 제품을 포트폴리오로 확보하고 있다고 보시면 됩니다. 입찰가가 조금 높거나 해서 안타깝게 떨어진 제품도 있죠. 제가 케이퓨얼셀을 세울 때 가장 염두에 둔 부분이 인재 영입입니다. 100kW급, 200kW급 연료전지에 들어가는 BOP를 개발한 경험이 있는 전문가들과 함께하고 있어요. 양산을 해본 경험이 있는 친구들입니다. ‘스케일업’ 대비 ‘스케일다운’은 난이도가 낮아서 30kW, 50kW급 BOP는 쉽게 개발할 수 있습니다.” 


나성욱 대표가 BOP를 강조하는 건 현실적인 의미가 크다. 연료전지시스템을 적용한 모빌리티 시장은 이제 막 꽃망울을 맺었다고 볼 수 있다. 꽃이 진 자리에 열매가 영글어 수확의 기쁨을 누리려면 시간이 더 필요하다.


“자동차는 제조업의 꽃이라 할 수 있죠. 이 부문의 매출이 크기 때문에 미래차 관련 전동부품이나 시스템사업에 기본적으로 집중해야 합니다. 전기차 시장이 빠르게 커지고 있고, 전기차 배터리와 구동모터의 열관리에 들어가는 펌프, 밸브, 통합제어 기술은 수소전기차 기술과 접점이 크기 때문에 전동화사업으로 한 데 묶어서 가고 있습니다.”

 


케이퓨얼셀은 수소공급시스템 기술을 적용한 ‘라이다 센서 세척시스템’도 개발 중이다. 센서에 이물질이 묻으면 자동으로 감지해 솔레노이드밸브를 작동시켜 워셔액으로 세척을 진행한다. 


막전극접합체(MEA)와 분리판을 쌓아 스택을 만드는 일에 집중하는 기존의 퓨얼셀(연료전지) 업체와는 시장을 대하는 시각이 다르다. 양산에 기초한 BOP 시장의 최전선에서 고군분투하면서 연료전지시스템 시장이 만개할 시점을 준비하고 있다는 인상을 받는다. 

 

수소차・전기차 열관리시스템에 강점
기술연구소 국주호 소장을 따라 연구실을 둘러본다. 두 직원이 30kW 연료전지시스템의 성능을 테스트하고 있다. 


“30kW 연료전지시스템을 개발해서 H2 MEET 전시회에 공개했습니다. 발라드 사의 스택을 기반으로 BOP 대부분을 자체 개발했어요. 요즘은 스택을 공급해줄 수 있는 업체가 많습니다. 사업 초기에는 직접 스택 양산에 나서기보다는 제품을 받아서 시스템을 구성하고 스택 내재화 개발을 병행하는 방향으로 진행하고 있어요. 상황에 따라 어느 쪽이 유리한지 계속 고민해야죠.”

 


케이퓨얼셀은 H2 MEET에 30kW 연료전지시스템을 장착한 이동식 발전 트레일러를 선보였다. 건설 현장이나 재해복구 현장에 높은 전력을 제공할 수 있다. 이 외에도 1kW, 10kW 연료전지시스템 개발을 완료했다. 1kW급은 크기가 작아 초소형 전기차나 골프카트에 적용할 수 있다. 또 10kW급은 이동식 전기차 충전기로 활용할 수 있다. 


케이퓨얼셀의 사업 영역은 크게 둘로 나뉜다. 연료전지시스템 사업을 하는 ‘연료전지사업부’, 전기차・수소차 같은 친환경 차량의 핵심 부품과 모듈에 집중하는 ‘전동화사업부’가 있다. 


BOP는 경남 양산 공장에서 생산을 진행한다. 그에 반해 연료전지 스택은 사오는 것도 가능하고, MEA와 분리판의 외주화를 통해 직접 개발하는 것도 가능하다. 시스템 개발을 일단 마치고 시장이 열리는 상황을 주시하면서 융통성 있게 대응하자는 전략을 취하고 있다. 


국주호 소장은 “연료전지사업의 경우 캐나다 발라드 사를 롤모델로 삼고 있다”고 말한다. 발라드는 오래전부터 합작사를 세워 중국에서 사업을 활발히 펼치고 있다. 또 유럽의 수소트럭 시장, 인도의 수소버스와 수소열차에 연료전지시스템을 판매하고 있다. 선박용, 발전용 연료전지 시장에도 진출해 시스템 사업을 성공적으로 이끌고 있다.

 


또 다른 연구실에서는 막가습기 성능 테스트가 진행되고 있다. 막가습기는 수소연료전지에 수분을 공급해 공기의 습도를 유지하면서 연료전지의 효율을 높이는 수분제어장치라 할 수 있다. 


“PEM(고분자전해질막) 연료전지는 열관리가 정말 중요합니다. 여러 가지 부품을 써서 열을 관리하고 있죠. PEM 연료전지는 통상 60~80℃ 사이의 저온에서 운전이 됩니다. 내연기관 대비 훨씬 낮은 온도에서 열에너지를 이동시켜야 해서 방열기도 더 큰 걸 달아요. 열관리만 놓고 보면 수소차가 다른 파워트레인 차량 대비 기술의 난이도가 훨씬 높습니다.”

 


중국은 전기차 기술을 마스터한 뒤 주행거리 연장형 ‘하이브리드 수소전기차’를 거쳐 수소전기차로 넘어갔다. 우리는 딱 반대로 갔다. 두어 단계를 훌쩍 뛰어 월반을 했다고 볼 수 있다. 현대차그룹이 E-GMP 플랫폼을 앞세워 전기차 시장의 주도권을 발 빠르게 잡은 것도 이런 선행학습 덕분이다. 


“기존 내연기관의 TMS(Thermal Management System, 온도관리시스템)는 펌프, 밸브, 제어기를 다 따로 개발해서 달지만 친환경차는 다릅니다. 내연기관차에 비해 훨씬 정교하고 기술의 난이도가 높은 통합 열관리시스템을 필요로 하죠. 펌프, 밸브, 제어기 등 여러 부품을 하나로 묶은 모듈화 제품이 들어가는데 기술력이 없으면 대응하기가 어렵습니다.”


국주호 소장이 2세대 제품으로 개발한 냉각수 펌프 모듈을 보여준다. 전기차의 파워트레인과 배터리 쪽에 들어가는 열관리 제품으로 펌프 2개, 다채널 밸브, 리저버 탱크, 온도센서, 통합 제어기가 하나의 제품 안에 들어 있다. 

 


“현재 3세대 제품도 개발 중입니다. 여기엔 전자식팽창밸브(EXV)와 칠러까지 붙여서 가게 되죠. 아시다시피 지금은 수소차보다 배터리전기차 시장이 훨씬 큽니다. 수소차 시장이 속도 조절에 들어가면서 전기차 비즈니스에 집중하는 측면이 있죠. 항상 시장 상황을 보면서 움직여야 합니다.” 


국내 수소모빌리티 시장은 현대차를 중심으로 성장했다. 이 점은 부인할 수 없는 사실이다. 현대차는 2023년 출시 예정이었던 3세대 수소연료전지의 양산 시점을 2027년으로 4년이나 미뤘다. 현대차는 이를 계열사와 협력사에 공유하면서 속도 조절에 나선 바 있다. 


내년 출시 예정이었던 넥쏘 후속 모델의 출시도 2024년 하반기 이후로 미뤄졌다. 케이퓨얼셀이 수주한 공기압력조절밸브와 이온필터는 여기에 들어가는 제품이다. “회사 운영의 연속성을 위해서는 전기차 시장을 소홀히 할 수 없다”는 말이 이해가 간다.
 
“미래차 시장은 모듈화가 핵심”
코렌스그룹은 3,000억 원을 투자해 부산 강서구 미음산단 10만㎡ 부지에 전기모터 파워트레인 제조공장과 연구시설을 갖춘 코렌스EM을 세웠다. 전기모터는 전기차, 수소전기차에 모두 들어가는 만큼 그룹사 차원에서 과감한 투자를 단행한 것이다. 


“케이퓨얼셀의 전동화 부품은 코렌스 본사가 있는 양산의 공장에서 생산하고 있어요. 향후 연료전지시스템 양산이 시작되면 코렌스EM이 있는 미음산단에 생산라인을 설치할 예정입니다. 2025년까지 100kW급 이상의 대형 연료전지시스템 개발을 목표로 하고 있어요.”

 

국주호 소장이 발라드의 연료전지 스택에 들어가는 흑연분리판을 보여준다. 직접 구매한 제품이다. 이어서 케이퓨얼셀이 개발 중인 경량화 탄소복합소재 분리판을 내민다. 

 


겉보기엔 흑연분리판과 크게 다르지 않다. 하지만 손으로 만져보면 그 차이를 단번에 알 수 있다. 금속분리판처럼 두께가 얇고 무게도 매우 가볍다. 


“모빌리티용 연료전지에는 금속분리판을 주로 쓰고, 정치형인 발전용 연료전지에는 흑연분리판을 쓰고 있죠. 금속분리판은 부식에 따른 내구 문제가 단점으로 지적됩니다. 도요타는 내구와 무게를 고려해 티타늄 분리판을 쓰고 있지만, 값이 매우 비싸다는 단점이 있죠. 우리가 개발 중인 경량화 탄소복합소재 분리판은 생산 비용이나 내구, 무게 면에서 장점이 많습니다.”


분리판은 연료전지 스택에서 MEA 다음으로 중요한 핵심 부품이다. 케이퓨얼셀은 경량화 탄소복합소재 분리판의 가능성을 높게 보고 기술개발에 힘쓰고 있다. 성능이나 내구 확보에는 큰 어려움이 없지만, 생산성을 높이기 위한 기술 확보가 숙제로 남아 있다. 


“밸브 회사는 밸브만 만들어 팔아요. 부품 하나만 보고 가면 전체 그림을 볼 수가 없습니다. 시스템을 알아야 개별 부품 개발이 가능하고, 어떤 부분이 중요한 기술인지 미리 알고 집중할 수 있어요. 고객이 요구하기 전에 먼저 필요한 부품을 개발할 수 있고, 개별 부품들을 묶어서 모듈화할 수 있죠.”


나성욱 대표가 한 말이다. 


케이퓨얼셀은 연료전지시스템을 누구보다 잘 아는 사람들이 꾸려가는 회사다. 이 시스템을 구동하기 위한 주변장치의 양산 기술을 확보하고 있고, 전기차와 수소차의 기술 교집합 영역을 인지해서 사업화에 접목하고 있다.

 


“연료전지시스템을 하다 보면 여기서 파생되어 전기차 쪽에 적용할 수 있는 기술들이 많아요. 비즈니스 마인드로 보면, 이런 점을 예측해서 이전부터 준비를 해왔기 때문에 현 시점에서 대응할 수 있는 것이죠. BOP는 걱정을 안 하셔도 됩니다. 50만km에 이르는 충분한 내구성을 갖추고 있고 공급 가격도 저렴하게 갈 수 있어요. 스택의 내구만 버텨준다면 언제든 가능합니다.”


‘퓨얼셀’이란 이름을 단 많은 기업들이 스택의 성능과 내구를 잡기 위해 부단히 노력하고 있다. 케이퓨얼셀도 이 경쟁에 뛰어들었지만, 비교적 여유가 있어 보인다. 아직 시장은 개화하지 않았고, 가성비 뛰어난 스택을 외부에서 조달하는 방식으로 언제든 최고의 시스템을 구성하는 방법을 알고 있기 때문이다. 


그래서 안심이 되는 측면이 있다. 성공이라는 것은 한 분야에 ‘올인’하기보다는 플랜B를 마련해두고 잠재적 불안요인을 하나씩 지워가면서 그 확률을 높여가는 과정에 다름 아니다. 현실적인 의미의 도전, 성공이라는 것은 이쪽에 더 가깝다.

 


케이퓨얼셀이 개발한 EGR 밸브가 지난 8월부터 포드 사에 납품이 시작됐다. 연 180만 대의 큰 물량이지만, 내연기관에 들어가는 밸브라는 점에서 실적으로 앞세우지는 않는다. 물론 지나친 겸손이다.


전기차를 만드는 것도, 수소차를 만드는 것도 기존 완성차 업체일 가능성이 높다. 코렌스그룹의 글로벌 영업망을 활용하면서 미래차 전환에 성공적으로 대응한다면 케이퓨얼셀의 기업 가치는 그만큼 높아질 수 있다. 그나저나 ‘K-연료전지’란 말을 미리 빼앗긴 것 같아 배가 조금 아프기는 하다.
 





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