[월간수소경제 성재경 기자] FC 엑스포 참관단을 이끌고 3박 4일(3월 14일~17일) 일정으로 도쿄를 찾았다. 도쿄는 봄기운이 완연했다. 바닷바람을 쐬러 잠시 들른 요코하마항의 야마시타 공원에서 서둘러 핀 분홍 벚꽃을 마주하기도 했다.

‘월드 스마트 에너지 위크’가 열리는 전시회 첫날부터 도쿄 빅사이트 현장은 인산인해였다. 첫날은 전관을 훑듯이 돌아보고 둘째 날은 온종일 ‘FC 엑스포’ 관에 머물렀다. 태양광발전, 이차전지, 스마트그리드, 풍력에너지, 바이오매스, 무공해 화력발전 등 ‘에너지 위크’에 딸린 전시만 7개였다. 

세계 최대 행사라는 걸 실감했다. 참관단 외에도 회사별로 팀을 꾸려 도쿄를 찾은 업계 관계자도 있었다. 

“혼다는 별로 겁이 안 나는데 도요타는 무섭다.” “수소연료로 작동하는 내연기관 엔진이 특히 눈에 띈다.” “중국의 연료전지 업체가 많이 참가했다.” “FC 엑스포만 놓고 보면 국내보다 전시 규모가 작다.” 

오며가며 이런 말을 들었다. 외부 전시나 시승 행사는 없었다. 아이라보(iLabo)란 일본 업체가 들여온 수소연소엔진 트럭 외에는 실물 차량을 보지 못했다. 

공간의 제약 탓에 실물은 연료전지시스템이나 수소탱크, 기계·부품 정도에 불과했다. 일본이라는 나라답게 축소지향의 간소한 형식으로 관련 제품이나 사업을 소개하고 있었다. 
 
혼다와 도요타
검은 양복을 입은 일본 현지인들로 가장 붐빈 곳은 혼다와 도요타가 붙어 있는 안쪽 부스라 할 수 있다. 클래리티 수소전기차 양산을 마무리하면서 수소사업을 접은 줄 알았던 혼다가 최근 GM과 손을 잡고 연료전지시스템 공동 개발을 선언했다. 그래서인지 80kW급 차세대 연료전지시스템에 관심이 많았다.

혼다는 이 연료전지를 CR-V 기반 신형 수소전기차에 장착해 내년에 선보일 계획이다. CR-V는 준중형 SUV로 현대차 넥쏘급 차량으로 볼 수 있다. 일본 현지에서 실제로 차를 보니 도요타 미라이2는 실내가 생각보다 좁았고, 혼다 클래리티의 실내가 오히려 더 넓게 느껴졌다. 

수소탱크가 차지하는 공간을 감안하면 SUV나 경상용차(LCV) 크기는 돼야 상품성이 있어 보인다. BMW가 iX5에 도요타의 연료전지를 세팅한 것도 같은 이유라 할 수 있다. 이 점은 현대차의 판단이 옳았다고 할 수 있다.

바로 옆에 있는 도요타 부스도 연료전지를 전면에 내세웠다. 도요타 연료전지 모듈(TFCM)은 박스형과 플랫형, 두 가지로 나온다. 미라이2에는 박스형이, 수소버스나 수소열차에는 납작한 플랫형 타입이 들어간다고 보면 된다. 

도요타는 기존 60kW, 80kW 연료전지의 출력을 5kW씩 높인 차세대 TFCM2 연료전지 모듈을 연내에 출시할 계획이다. 이 모듈은 66%의 내구성 향상을 목표로 하고 있다. 상용차에 들어가는 연료전지는 출력만큼이나 내구성 확보가 관건이기 때문이다.

일본도 수소상용차 시장을 크게 보고 있다는 인상을 받았다. 도요타고세이에서 내놓은 700bar용 타입4 수소탱크의 경우 플라스틱 레이어 바깥에 CFRP(탄소섬유강화플라스틱)을 감고 맨 바깥에 GFRP(유리섬유강화플라스틱)을 올린 제품을 쓴다.  

전시장에 진열된 G2L-1 탱크의 경우 길이 2m에 무게는 136kg, 내부 용적 230L의 사양이다. 수소저장용량은 9.4kg으로 트럭이나 소형 선박용으로 적합하다. 도요타는 이 탱크를 금속케이스 안에 4개씩 묶어서 모듈화한 정치형 TC 라인업을 함께 소개했다.

가장 인상적인 곳은 ‘신에너지 사회를 향한 수소(H2 for a New Energy Society)’라는 문구를 단 칸막이 공간이었다. 네다섯 명이 들어가면 꽉 차는 좁은 공간에 도요타의 스택 두 개를 나란히 붙여놓았다. 왼쪽은 수전해용 PEM 연료전지, 오른쪽은 미라이에 들어가는 기존 연료전지 스택이었다.

도요타는 미라이의 PEM 연료전지 기술을 기반으로 백금 대신 이리듐 촉매를 넣은 수전해용 스택을 개발했다. 이 스택을 덴소(Denso)의 후쿠시마 공장에 설치해 3월 중 가동에 들어간다는 소식을 접한 터라 처음엔 그 제품이라고 생각했다.  

그런데 아니었다. 동일한 스택으로 낮에는 수소를 이용해서 전기를 생산하고, 그 외 시간에는 시스템을 역으로 돌려 수소를 생산하는 새로운 개념의 PEM 수전해·연료전지시스템을 소개하고 있었다.

현장에서 만난 코멤텍의 김성철 대표는 “수전해 MEA(막전극접합체)를 만들 때 기존 100마이크로미터(㎛) 이상의 캐스팅 막이 아니라 40~50㎛ 정도 되는 얇은 두께의 ePTFE 강화복합막 수준에서 전기분해가 가능하다”라며 “막 두께가 얇아지면 기존 시스템보다 수전해 효율은 더 좋아진다”고 했다. 

그는 “전극촉매의 경우 기존 백금촉매와 이리듐촉매를 섞어서 사용하는 수준까지 기술개발이 이뤄진 것 같다”며 “도요타가 틀을 깨는 새로운 아이디어를 낸 것”이라고 했다. 

성능이나 효율, 내구성 검증을 거쳐 상품화로 나아가겠다는 도요타의 의지를 읽을 수 있다. TC 저장모듈을 여기에 붙여 일반 가정이나 소규모 사업장에서 태양광과 연계한 분산전원으로 수소를 사용하는 안도 생각해볼 수 있다.
 
가와사키중공업과 파나소닉
다음으로 주목한 곳은 가와사키중공업이다. 가와사키와 이와타니는 일본을 대표하는 수소 프로젝트에 이름이 빠지지 않는다. 1970년대부터 액화수소를 다뤄왔고, 수소의 생산과 저장, 운송 부문에 많은 경험을 보유하고 있다. 

현장에서 챙겨온 ‘가와사키 수소 로드’라는 리플릿에 그 내용이 잘 담겨 있다. 가와사키는 ‘스이소 프론티어’라는 액체수소운송선을 개발해 호주에서 갈탄으로 생산한 수소를 고베항으로 들여오는 실증을 주도하고 있기도 하다. 

가와사키는 4개의 액체수소탱크를 탑재한 총 16만㎥의 액체수소운반선에 대한 기본승인(AIP) 인증을 지난해 4월에 받았다. 현장에는 이 배의 모형이 전시되어 있었다. 4만㎥ 용량의 탱크 4개 안에 총 1만 톤의 액체수소를 채워서 운반할 수 있다. 

국내는 올해 액화수소 플랜트가 처음으로 완공된다. 두산에너빌리티가 창원에 건설 중인 국내 최초의 수소액화 플랜트에는 인도의 다국적 기업인 이녹스바(INOXCVA)의 액체수소탱크가 설치된다. SK E&S는 에어리퀴드, 효성중공업은 린데의 액화수소 기술을 기반으로 플랜트를 짓고 있는 만큼 액화수소 기술 확보에는 일정 시간이 필요해 보인다.

국내 사정이 이렇다 보니 일본의 액화수소 기술에 대한 관심이 부쩍 높았다. 일본 업계도 이를 인지하고 기술 유출이나 보안에 각별히 신경을 쓴다는 인상을 받았다. 전시회 참관을 앞두고 올해 초부터 이와타니에 접촉해 액화수소 기반 수소충전소 방문을 타진했지만, 끝내 허가를 받지 못했다. FC 엑스포 현장에서도 이와타니의 담당자가 한국인 통역관을 알아보고 답변을 회피했다는 말을 들었다.

일본은 독일처럼 소재, 부품, 장비 시장에 강점이 있다. 도요타의 미라이2에 들어가는 연료전지만 해도 고베제강(KOBELCO)에서 개발한 티타늄 금속판이 큰 역할을 하고 있다. 티타늄 위에 나노카본을 올려 내식성과 표면 전도성을 높인 것이 특징이다. 실제로 보면 녹슨 강판 같은 누런 구릿빛이 돈다. 

압축기, 터빈, 극저온 제품을 공급하는 미국 엘리엇(Elliott) 사를 소유하고 있는 에바라(EBARA)도 전시부스를 마련했다. 정밀기계를 다루는 환경 엔지니어링 회사라 수소와 접목해서 할 수 있는 일들이 많다. 에바라는 폐플라스틱을 가스화해 청록수소를 생산하고 이를 액화해서 운송, 충전하는 기술을 두루 갖추고 있다. 

세계 최초로 가정용 연료전지 열병합 발전시스템인 에네팜을 출시한 파나소닉은 RE100과 연계한 수소의 역할에 주목하고 있다. 파나소닉은 지난 2021년 10월 5kW 건물용 수소 전용 연료전지발전기인 ‘H2 KIBOU’를 출시했다. 개질기가 필요 없어 크기가 작고 효율도 56%로 높은 편이다.

파나소닉은 지난해 4월 시가현 구사츠에 있는 연료전지 공장에 태양광발전기 570kW, 99개의 수소 전용 연료전지발전기(총 495kW), 리튬이온 축전지 1.1MWh를 적용한 ‘H2 KIBOU 필드’라는 실증시설을 열었다. 여기서 얻은 전기는 연료전지 제조공장에 모두 사용된다. 

파나소닉은 올해 4월부터 중국 장쑤성 우시에 있는 공장에서 생산한 5kW KIBOU 제품 판매에 나설 예정이다. 태양광발전과 연계한 수전해 시설 등에 붙여 전기를 생산하는 용도로 활용할 수 있다. 

수소엔진의 도전
수소연소엔진 개발을 추진해온 시스템 회사의 노력도 활발하게 이어지고 있다. 이번 전시회에서 가장 눈에 띈 업체는 캐나다 벤쿠버에 본사를 둔 웨스트포트(Westport Fuel Systems)였다. 

H2 HPDI 연료시스템을 장착한 육중한 엔진은 사람들의 시선을 끌기에 충분했다. 웨스트포트는 내연기관 엔진의 장점으로 연료전지시스템과 달리 고순도 수소가 필요하지 않고, 연료전지 생산에 드는 촉매나 배터리에 들어가는 귀금속 광물에 대한 의존도를 줄일 수 있다고 본다.

수소연소 시 발생하는 질소산화물(Nox)에 대한 우려도 걱정할 수준이 아니라고 주장한다. 웨스트포트는 중국 창저우시와 파트너십을 맺고 지난 2월 창저우 수소밸리의 글로벌 제조시설에 최대 1,000만 달러 투자 계획 발표하는 등 활동 폭을 넓혀가고 있다.

일본의 아이라보는 이스라엘의 아쿠아리우스 엔진(Aquarius Engine)과 같이 부스를 열었다. 10kg에 불과한 아쿠아리우스 엔진을 실물로 본 건 처음이다. 단일 피스톤 선형 엔진을 적용, 20개의 부품과 1개의 피스톤 로드를 적용한 혁신 제품이다. 

다만 이 엔진은 2021년 5월에 나왔고, 이후 실제 현장에 투입되어 뚜렷한 실적을 낸 것 같지는 않다. 혼다의 계열사인 무사시 세이미츠, 일본의 자동차 부품 제조사인 TPR의 투자를 유치한 것으로 알고 있다. 크기가 작아 소형 발전에 적합해 보이고, 주력 제품도 16kW급 발전기에 초점을 맞추고 있다.

아이라보는 눈길이 간다. 직원 모집 공고문에 ‘엔진은 죽지 않는다’라는 패기 넘치는 카피를 넣는 곳이다. 아이라보는 자동차용 가솔린, 디젤 엔진 개발 경험을 기반으로 수소연소엔진 개발에 나서고 있다. 가솔린 기반의 수소엔진 개조 차량으로 2년간 4만7,000km 공도 운행을 진행한 적이 있고, NEDO 사업으로 수소엔진트럭 1호를 제작한 이력이 있다. 

아이라보는 리트로핏(Retrofit, 개조)의 개념으로 접근한다. 기존 4행정 디젤엔진에는 플러그와 점화코일이 들어 있지 않다. 아이라보는 수소엔진으로 바꾸기 위해 실린더헤드를 교체하고 새롭게 플러그와 점화코일을 설치하는 방식을 적용하고 있다. 당연히 연료 공급라인은 모두 수소로 교체된다. 

전시장에는 이스즈 트럭을 개조한 수소엔진트럭을 전시했다. 4개의 수소탱크가 장착된 차량 하단에 따로 스피커를 마련해 수소엔진의 구동 소리를 들을 수 있게 해놓았다. 디젤엔진보다는 훨씬 가볍고 경쾌한 소리가 난다.

기존 트럭의 디젤엔진 부품과 연료 공급계 부품을 수소연료용 부품으로 교환해서 쓴다는 점은 매력적이다. 아이라보는 수소전기트럭 신차 비용의 3분의 1 정도에 수소화 전환을 목표로 하고 있다. 개인이 아닌 물류회사 등을 상대로 하는 B2B 사업을 지향한다. 

수소엔진 하면 도요타도 빼놓을 수 없다. 도요타가 수소엔진을 탑재한 코롤라 GR 차량으로 레이싱에 도전한 것은 익히 알려진 사실이다. 도요타는 2월 말부터 액체수소 연료탱크를 장착한 차량으로 후지 스피드웨이의 트랙을 도는 테스트 주행을 시작했다. 

테스트 도중 발생한 화재로 슈퍼 다이큐 레이싱 참가를 뒤로 미루게 됐지만, 수소엔진에 액체수소시스템을 적용하는 단계로 넘어가는 속도가 매우 빠르다는 점은 인상적이다. 수소연료를 다루는 일본의 기술 수준이 매우 높다는 점은 부인하기 어렵다.

프랑스와 중국의 약진
작년 2월 프랑스 자동차 부품업체인 포레시아(Faurecia)와 독일 부품사인 헬라(HELLA)의 합병으로 포비아(Forvia)가 탄생했다. 포레시아는 포비아 그룹의 일원으로 이번 전시회에 참가했다. 또 바로 옆에 포레시아와 미쉐린의 합작회사로 출발한 연료전지 제조사인 심비오(Symbio)가 나란히 부스를 열었다.

현대차가 스위스로 수출한 엑시언트 수소트럭에는 포레시아의 350bar용 타입3 수소탱크가 들어간다. 포레시아는 르노와 플러그파워의 합작사인 하이비아(HYVIA)에서 출시한 르노 마스터 수소밴의 타입4 탱크 공급사이기도 하다. 이번 전시회에는 타입4 탱크를 비롯해 납작한 형태의 플랫 저장시스템을 선보였다.

프랑스 기업인 플라스틱옴니엄도 타입4 탱크를 들고 나왔다. 플라스틱옴니엄은 오는 2025년부터 현대차에 수소연료탱크를 납품하기로 계약하면서 완주테크노밸리 2산단에 공장을 짓게 된다. 프랑스가 수소전기차 시장에 관심을 두고 연료전지와 타입4 수소탱크를 중심으로 경쟁력 확보에 나선 것을 알 수 있다.

중국 연료전지 업계의 약진도 두드러진다. 상하이에 본사를 둔 연료전지시스템 전문기업인 리파이어(REFIRE)가 현장에서 프리즈마12를 공개했다. 캐나다 유닐리아(UNILIA) 사의 일렉트라(ELECTRA) 스택을 넣은 제품으로 연료전지 분야에서 캐나다와 중국의 밀착 관계를 엿볼 수 있다.

리파이어의 국제시장 담당 부사장인 오드리 마는 “프리즈마12는 디젤 차량과의 가격 동등성으로 고객에게 가까이 다가가는 특별한 제품이 될 것”이라고 말했다. 

이 말이 허투루 들리지 않는 것은 중국은 대규모 내수시장을 확보하고 있고, 제조기술이나 원가절감에서 가장 앞서는 나라임을 스스로 입증했기 때문이다. 또 정부가 나서 수소산업을 정책적으로 지원하면서 전기차 시장의 주도권을 수소차에서 실현하겠다는 야망을 숨기지 않는다.

중국 광저우에 본사를 둔 시노하이키(SINOHyKey)도 이번에 참가했다. 연료전지 스택의 핵심이라 할 수 있는 CCM(촉매코팅막)과 MEA(막전극접합체)의 대량생산 공장을 운영하는 업체다. 패턴코팅이 적용된 CCM이 눈에 들어 찾아봤더니 롤투롤 장비를 활용한 반자동 MEA의 생산라인 규모가 상당한 걸 알 수 있었다.

중국에는 발라드, 유닐리아, 루프에너지 같은 캐나다 연료전지 회사들이 진출해 있다. 시노하이키만 해도 캐나다 밴쿠버를 중심으로 연료전지 회사들과 교류하며 기술력을 높여가고 있다.

기술의 성장을 이끄는 동력은 시장에서 나온다. 기업이 시장을 보고 지갑을 열면 기술은 빠르게 발전할 수 있다. 중국은 제조업의 경쟁력을 살려 수소산업을 키워갈 여력이 있다. 이미 전례가 있다. 전기차 시장에서 중국은 확실한 존재감을 보여주고 있다. 태양광발전에서 이룬 실적을 기반으로 수전해 시장에서도 한 발 앞서가고 있다. 

“3, 4년 전과 비교하면 많이 달라졌어요. 그때만 해도 목업(Mock-up) 위주였는데, 이제는 상용 제품으로 출시가 되었죠. 코로나로 한 3년 단절한 상태로 지내면서 그동안 너무 안주했다는 반성을 하게 되네요.”

전시장에서 만난 한 업체 임원의 말이다. 연료전지 업계의 경쟁은 그 어느 때보다 치열하게 전개되고 있다. 현대차만 해도 어드벤트(Advent Technologies)와 협력해 200℃에서 구동되는 고온형 연료전지 MEA 개발에 뛰어들었다.  

현재에 안주해선 안 된다. 주변을 살피며 새로운 도전 속에 성장의 활로를 열어야 한다. 많은 기업인이 시간과 돈을 들여 FC 엑스포 현장을 찾는 이유가 여기에 있다.