[월간수소경제 이종수 기자] SK에코플랜트는 탄소중립(Net-Zero)으로의 시대 흐름에 발맞춰 ‘The Zero City’ 구현을 위해 이미 연료전지・해상풍력・태양광 등 신재생에너지 솔루션을 확보했고, 여기에 고효율의 수전해 솔루션(SOEC)을 연계해 그린수소 및 그린암모니아 생산까지 이르는 수소 전주기 밸류체인을 구축했다.

그린수소 기반 청정전력을 생산해 친환경 분산발전 공급자의 역할도 견고히 할 계획이다. 단기적으로 탄소포집 솔루션 연계 및 수소 직주입 연료전지 도입(저탄소・무탄소 발전)으로 기존 발전원의 탄소배출 한계를 극복하고, 중장기적으로는 그린수소 시장 진출과 더불어 SOEC의 역반응 기술인 SOFC 역시 규모의 경제 달성이 가능해 사업 경제성 제고가 가능할 것으로 내다보고 있다.   

또 자회사 TES를 통한 폐배터리 연계 ESS와 연료전지, 재생에너지를 활용한 전기차 충전용 전원 공급 등 내부 사업・기술 역량과 외부 에너지 신기술을 연결해 탄소중립을 필요로 하는 수요처에 깨끗하고 안정적이며 경제적인 융복합 에너지 솔루션을 제공한다는 비전이다.

<월간수소경제>는 이왕재 SK에코플랜트 에코에너지(Eco Energy) BU 대표를 만나 그간의 사업 성과와 향후 계획을 들었다. 

SOFC 사업 고속 성장
“그간 연료전지(SOFC) 사업이 빠른 속도로 성장한 배경에는 우선 정부 정책인 RPS(신재생에너지공급의무화) 제도가 있었고, 이 제도에 적합한 제품을 안정적으로 공급해왔기 때문이라고 생각합니다. SOFC 제품의 성능과 효율, 경제성이 다른 타입의 제품보다 탁월하기에 주요 고객인 발전 공기업이 많이 선택해준 데서 비롯된 성과죠.” 

이왕재 SK에코플랜트 에코에너지BU 대표는 SOFC 사업의 고속 성장 배경을 이같이 밝혔다. 

SK에코플랜트는 2017년 12월 미국의 SOFC 기업 블룸에너지와 함께 분당복합화력발전소 내에 국내 최초로 SOFC를 활용한 8.3MW 규모의 발전설비를 수주한 것을 계기로 2019년 블룸에너지와 SOFC 생산・공급을 위한 합작법인(JV) 및 국내 생산공장 설립에 관한 합작투자계약을 체결하고, 지난 2020년 1월 합작법인 ‘블룸SK퓨얼셀’을 설립했다. 

SK에코플랜트는 현존하는 연료전지 중 가장 효율이 높은 고체산화물연료전지(SOFC) 기술력을 기반으로 2022년 말 기준 한국에서만 약 380MW의 수주 실적을 확보해 그중 약 225MW를 현재 운영 중이다. 

SK에코플랜트는 지난 2021년 약 80MW, 2022년 약 140MW로 연간 생산 목표를 초과 달성하며 단순 연료전지 EPC(설계・조달・시공) 비즈니스 모델(BM)에서 탈피해 기술(Tech) 기반의 제조에서 운영까지 통합 BM 혁신을 달성하고 있다.

특히 2022년에는 구미 제조공장 확장에 200억 원 이상을 투자해 연간 SOFC 생산 가능 용량이 200MW까지 확대되었다. 올해 안으로 구미 제조공장 내에서 전체 조립(Full assembly) 제품 공급을 시작할 예정이며, 국산화율 제고와 싱가포르 등 동남아 지역을 중심으로 한 수출을 통해 국내 산업 경제에 기여한다는 계획이다. 

블룸SK퓨얼셀은 한선엔지니어링을 시작으로 지금까지 LS알스코, 텍슨 등 총 7개 업체를 국내 부품 공급사로 선정했고, 연료전지 핵심부품의 국산화 비중을 적극적으로 확대할 예정이다. 

이 대표는 “블룸에너지가 국내 시장에 진출하며 약속한 국내 업체 발굴 기반의 한국 수소시장 확대와 국산화율 제고에 노력하고 있다”라며 “또 양사는 정부의 수소 정책에 적극적으로 대응하기 위해 국내 협력사가 국제 경쟁력을 확보할 수 있도록 적극적으로 협력하고 있다”고 밝혔다. 

이 대표는 “SK에코플랜트는 국내 연료전지 시장의 메인 플레이어(Main player) 지위를 견고히 하고 있다”라며 “이제 분산전원과 연료 다변화, CCU, 열 공급 등 새로운 비즈니스 모델로 솔루션을 확장하고 있고, 미국을 중심으로 글로벌시장 확장 성과를 가시화하고 있다”고 말했다. 
 
비즈니스 모델 확장 가속화
“사실 연료전지는 전력 수요가 있는 곳에 분산발전으로 특화된 제품입니다. 그리드와 상관없이 연료만 있으면 쉽게 설치해 일정 지역에 전력을 공급할 수 있는 장점이 있죠. 그간 한국에서는 연료전지를 산업적으로 육성하려다 보니 대규모(발전용)로 설치했는데, 미국의 경우 전력 그리드가 불안정해 소규모 분산전원으로 연료전지 도입이 활발합니다. 전력 수요가 많은 데이터센터 외에는 대부분 1~2MW 이하로 소규모입니다. 이제 국내에서도 대규모 발전소와 송전선로 건설 관련 사회적 갈등 등으로 인해 분산발전을 확대하는 쪽으로 정부 정책이 추진되고 있습니다. 특히 올해 처음 도입되는 수소발전 입찰시장은 분산전원에 초점을 맞추고 있죠.” 

SK에코플랜트는 연료전지 연계 분산발전 실증 프로젝트를 선제적으로 수행하고 관련 기술을 확보함으로써 분산전원 시장을 선도하고 있다.

우선 세계 최초로 도심 내 주유소 유휴부지를 활용한 연료전지 실증사업 2개소를 준공한 후 운전하고 있고, 지속적으로 전국 거점 주유소로 확대할 예정이다. 주유소에 연료전지와 수전해기를 설치해 내연기관차뿐만 아니라 수소차와 전기차 충전이 가능하고, 연료전지에서 생산된 전기를 외부에 판매까지 할 수 있는 지역 전기사업 모델을 준비하고 있는 것이다.   

이 대표는 “당사의 SOFC 제품은 분산전원용으로 디자인이 미려하고, 규모도 작아 도심에 설치하기 좋아 도심형 복합에너지스테이션에 적합한 제품”이라며 “관계사인 SK에너지와 함께 올해도 전국 다수의 주유소에 연료전지를 추가로 설치할 예정”이라고 말했다. 

또 SK에코플랜트는 올해 안으로 국내 데이터센터에 연료전지를 설치함으로써 전력공급이 잠시라도 끊기는 경우 경제・사회적 피해가 막심한 데이터센터, 병원, 금융시스템 등 ‘필수시설(Mission Critical)’의 연료전지 기반 전력공급자로 확고한 입지를 다지겠다는 계획이다. 

특히 올해 ‘연료전지 연계형 무정전 전원장치(UPS)’ 신기술 개발에 성공해 정전 시에도 연료전지에서 생산한 전기를 소방 설비나 감시・제어 등 보안 관련 건물 유지 관리에 필수적인 설비들이 작동할 수 있게 지속 공급할 수 있는 국내 기술을 확보했다.

아울러 AI・DT(인공지능・디지털전환) 기반의 에너지 플랫폼 개발과 관련해 에너지 인공지능 분야의 핵심기술을 보유한 인코어드社에 대한 투자를 진행하며 친환경 발전원의 안정적 운영을 위한 교두보를 마련했다.

이밖에 국내 최초 RE100 실증 산업단지 구축 사업에 연료전지 및 재생에너지, ESS를 포함한 신재생에너지 인프라 기반 에너지 자족화 모델을 구현할 예정이다. 구축된 분산발전원은 신재생 통합에너지 관리 시스템을 통해 산업단지 내 고객사에 공급될 예정이다.

나아가 SK에코플랜트는 부산 에코델타스마트시티(EDC) 사업에 참여해 국내 최초로 100% 신재생에너지 자립 도시를 구축할 예정이다.  

이 대표는 “RE100 비즈니스 모델을 국내 최초로 시장에 도입해 산업단지로 고객과 시장을 확대했고, 당사의 친환경 이미지 제고 측면에서도 의의가 있다”라며 “필수시설(Mission critical) 분산 전원에서 산업단지, 도시로 고객을 확대하며 해당 비즈니스 모델을 세계적으로 지속 확장해 나갈 것”이라고 밝혔다.

또 SK에코플랜트는 SOFC 기반 에너지 효율을 최적화하고 연계 기술을 확보함으로써 비즈니스 모델을 다각화하고 있다. 

SK에코플랜트는 한국동서발전이 발주한 4.2MW 규모 ‘북평레포츠센터 연료전지발전소’를 준공한 바 있다. 열 회수 모듈을 자체 개발해 세계 최초로 열 공급형 SOFC를 적용한 사업으로, 4.2MW 중 1.8MW가 열을 공급 중이다. 

이 대표는 “전력과 열을 동시에 공급함으로써 세계 최고 수준의 종합에너지 효율(전기 54%, 열 31% 총 85%)을 확보했고, 향후 건물용 냉난방 시스템 및 스마트팜 등으로 열 솔루션을 고도화할 예정”이라며 “당사의 기술력 기반인 블룸에너지 주기기 제품의 마케팅 경쟁력을 확보한 사례로 당사 R&D 역량의 이미지 제고 측면에서도 의미가 크다”고 설명했다. 

SK에코플랜트는 한국남부발전 영월빛드림본부 강원도 영월 연료전지발전소 내 300kW 규모 SOFC에서 나오는 탄소를 포집해 액화한 뒤 수요처에서 활용하는 탄소 포집・활용(CCU) 및 탄소 포집・액화(CCL) 실증사업에도 착수했다. 

이 대표는 “국내 최초로 SOFC 전력 생산 과정에서 배출되는 배기가스(Flue gas) 중 이산화탄소를 포집해 냉각・액화한 뒤 수요처에서 활용하는 프로젝트로, 이산화탄소 순도 99.9%, 포집률 85%를 목표로 하고 있다”라며 “포집・액화된 이산화탄소는 반도체 세정용액 및 액체탄산, 드라이아이스 제조공장에 공급해 저탄소 연료전지발전의 경제성 확보에 기여할 예정”이라고 설명했다.

이 대표는 또 “연료전지발전은 이미 ‘K-택소노미’ 기준 충족으로, 실증에 성공하면 기준이 더욱 엄격한 ‘EU 택소노미’ 대응도 가능해 글로벌 친환경 발전설비로 더욱 각광받을 것으로 확신한다”고 말했다.

블룸에너지도 미국 IRA・PTC 제도 대응을 위해 자체적으로 무탄소 SOFC 발전 모델을 개발 중이다. 연료전지의 산화 전극(Anode)에서 배출되는 가스(CO2 농도 약 30%)의 수분을 제거해 고순도의 CO2를 포집하는 랩 테스트(Lab test)를 완료했다.  

SK에코플랜트는 천연가스 기반 SOFC 및 CCU 연계 SOFC 발전에서 더 나아가 SK어드밴스드, 블룸에너지와 함께 ‘수소 직공급형 연료전지 실증사업’을 진행한 바 있다. SK어드밴스드 PDH공장에서 생산되는 부생수소를 SOFC(100kW)에 연료로 직접 공급함으로써 탄소 배출이 없는 연료전지발전 모델의 효율을 실증했다. 
 
미국 중심 해외사업
SK에코플랜트는 국내 연료전지 시장 경험을 기반으로 미국을 ‘제2의 Home market’으로 삼고 연료전지 분산발전 사업을 진행 중이다. 

올해 2월 북미법인인 BETEK의 사명을 ‘SK ecoplant Americas’로 변경한 것은 북미 현지에서 SK에코플랜트의 입지를 다지고 기능과 역할을 강화해 환경・에너지 분야 선진 시장인 북미에서 인지도를 높여가겠다는 포석이다.   

첫 사업이었던 ‘에퀴닉스(Equinix) SV11’ 프로젝트는 2021년 말 착공했으며 올해 안으로 준공 및 상업운전을 준비 중이다. 이 프로젝트는 미국 내 시장 점유율 1위 데이터센터 전문 운영 기업인 에퀴닉스가 발주한 SOFC EPC 공사이다. 

이 대표는 “이번 프로젝트에서 경험한 ‘EPC 파이낸싱 + EPC 솔루션’은 당사의 ‘경험자산(Lessons Learned)’으로 축적되었고, 미국 내 프로젝트의 진행 속도를 빠르게 높일 수 있었다”라며 “에퀴닉스 프로젝트 이후 블룸에너지와의 전략적 파트너십을 기반으로 현재 미국 각지에서 다수의 프로젝트를 수행 중이고, 3년 미만의 짧은 기간 내 가시적인 성과를 창출할 수 있었다”고 말했다. 

이 대표는 이어 “올해 하이퍼스케일(Hyperscale) 데이터센터 고객 확보 및 진입 시장 확장을 통해 지속적인 성장을 계획하고 있다”라며 “미국 외에도 그린수소의 수송 및 사용 효율 극대화를 위해 에너지 솔루션 기업과 개발자(Developer)와의 협업이 진행되고 있다”고 말했다.

특히 올해 5월 캐나다 월드에너지가 추진 중인 6조 원 규모의 그린수소 상용화 프로젝트에 참여하며 글로벌 수소시장의 게임체인저로 성장한다는 계획이다. 

이 프로젝트는 재생에너지 기반 그린수소 생산 및 그린암모니아 전환, 운송이 모두 포함된 초대형 그린수소 상용화 프로젝트로, 연간 생산되는 6만 톤 가량의 그린수소는 약 36만 톤의 그린암모니아로 전환될 예정이다. 그린수소 생산을 위해 SK에코플랜트의 고체산화물 수전해기(SOEC)도 구축된다.  

SK에코플랜트는 전략적 투자 기반 EPC의 독점적 수주기회를 확보했고, 개념설계와 기본설계에 착수하며 그린수소 사업의 전 과정을 수행할 예정이다.  

SK에코플랜트는 선박용 연료로써 그린메탄올의 활용 가능성도 고려하고 있다. 실제 글로벌 최대 선사 중 한 곳이 그린메탄올을 연료로 사용하는 선박을 대량 발주할 계획으로, 그린메탈올을 만들기 위해 SK에코플랜트가 생산한 그린수소 활용을 협의 중이다. 
 
그린수소 밸류체인 완성
SK에코플랜트는 전략적 투자 기반 해상풍력 및 태양광, 연료전지 등 신재생에너지 분야에서 사업개발과 운영, 인허가, 핵심 기자재 제조, EPC 역량은 물론 고체산화물 수전해기(SOEC) 연계 그린수소 생산・운송까지 전 분야에 걸친 수소 밸류체인을 실질적으로 확보했다. 

먼저 블룸에너지와 함께 개발한 그린수소의 핵심 기술인 SOEC 주기기를 구미 제조공장에서 설치・운전해 국내 최초로 수전해기 수소생산 효율 검증을 완료한 바 있다.

또 고효율 수소생산을 위한 차별적 기술 역량을 인정받아 정부 주관 제주도 그린수소 생산 실증 프로젝트에도 참여 중이다.  

블룸에너지 역시 Idaho National Labs Operation 및 4MW 대형 SOEC 실증을 통해 기술 성숙도 및 효율성, 상업화 가능성을 동시에 증명해 나가고 있다.

SK에코플랜트는 블룸에너지와 수소혁신센터를 공동 설립해 수전해(SOEC) 핵심 기술 고도화 및 모듈화(BOP 최적화)를 진행 중으로, 국내 실증사업을 넘어 글로벌 그린수소 사업 확보의 기반을 구축해 나가고 있다.

SK에코플랜트는 SOEC를 통해 ‘규모의 경제’로 인한 제품 가격인하를 유도해 연료전지와 수전해기 공급 확대로 이어지는 선순환을 기대하고 있다. 

이 대표는 “SOFC는 다른 연료전지 타입과는 달리 그 자체로 연료전지 발전기이면서 역반응을 이용하는 경우 수소생산장치로 활용될 수 있다. SOFC는 LNG와 공기가 들어가 내부 개질을 통해 나온 수소와 공기가 만나서 전기와 물을 생산하는데, SOEC는 다른 조작 없이 전기와 물을 넣으면 수소를 생산한다”라며 “전기를 공급하는 부속 장치만 바꾸어주면 연료전지 스택을 그대로 사용할 수 있어 SOEC가 대량 보급되면 규모의 경제로 인해 연료전지 가격도 내려갈 것이고, 연료전지 제품 가격이 낮아지면 연료전지를 활용한 분산발전 시장도 확대될 것으로 기대한다”고 말했다. 

SOEC는 다른 수전해 방식보다 높은 스택 효율(스팀 기준 39.6 kWh/kg)을 확보하고 있고, 외부 스팀 및 열 활용 시 효율성 제고가 가능하므로 원전 연계 핑크수소 생산의 솔루션으로도 각광 받고 있다.

이에 따라 SK에코플랜트는 지난 4월 현대엔지니어링, USNC와 함께 ‘수소 마이크로 허브(H2 Micro Hub)’ 구축을 위한 업무협약을 체결한 바 있다. 

3사는 5년간 공동으로 MMR-SOEC 연계 통합 플랜트에 대한 연구개발을 수행할 예정이다. SK에코플랜트는 SOEC를 통한 원전 기반의 수전해 수소생산 시스템 구성 및 설비 공급, 현대엔지니어링은 초소형 모듈원전(MMR; Micro Modular Reactor) 관련 BOP 및 EPC, USNC는 MMR 설계・제작・공급 등을 담당한다. 

이 대표는 “고온에서 작동해 적은 에너지로도 많은 수소를 만들 수 있는 SOEC와 고온이 발생하는 초소형 모듈원전(MMR)의 장점을 최대한 활용하기 위해 3자 업무 협약을 체결했다”라며 “‘수소 마이크로 허브’ 구축을 목표로 당사가 확보하고 있는 재생에너지 기반 그린수소 밸류체인 모델에 경제성을 갖춘 원자력 활용 수소생산까지 탄소배출이 없는 수소생산을 선도해 나갈 것”이라고 밝혔다.

SK에코플랜트는 한국생산기술연구원, 연세대학교와 함께 하수찌꺼기(슬러지), 음식물쓰레기 등 유기성폐자원에서 바이오수소를 직접 생산하는 기술 개발도 진행 중이다. 

기존 유기성폐기물을 활용해 수소를 뽑아내는 기술은 있었지만 바로 수소를 생산하는 것이 아닌 먼저 메탄가스를 생산한 뒤 다시 개질 과정을 거쳐야 하므로 경제성과 효율이 떨어지는 단점이 있다. 

해당 연구는 미생물의 대사작용을 통해 유기성폐자원에서 직접 수소를 생산하는 방식으로 기존의 한계를 극복할 수 있는 대안이 될 것으로 보인다. 

이 대표는 “5년 동안 진행되는 이번 연구에서 수소생산에 활용할 유기성 폐자원을 선정하고 원천기술을 개발한 후 실증 운전을 통해 바이오수소 생산을 위한 원천기술의 특허와 신기술을 확보하고 사업화 방안을 제시할 계획”이라고 말했다.
 
정부 정책에 바라는 점
청정수소발전제도(CHPS) 등 정부 정책에 대한 견해도 밝혔다. 

이 대표는 “정부 주도로 올해 6월 세계 최초로 수소발전 입찰시장을 개설한다는 점은 큰 의미가 있다”라며 “기존 연료전지 제품 제조 사업자와 발전사업자들은 수소경제 활성화 로드맵에 기반해 생산설비 증설에 투자해왔으나 이에 미치지 못하는 입찰 물량에 다소 아쉬움이 있는 것으로 알고 있다”고 말했다.

그는 이어 “수소발전 입찰시장 개설을 통해 정부가 국내외적으로 달성하고자 하는 목표인 분산전원 확대와 수출 산업화를 위해서는 ‘제11차 전력수급기본계획’ 수립 시 연료전지의 연도별 보급물량을 상향하는 등의 조치를 통해 시장 규모를 확대함으로써 기업이 연료전지 제품 가격을 인하할 수 있는 기반을 마련하는 것이 필요하다”라며 “앞으로도 재생에너지 증가와 대규모 그리드 증설이 필요하다는 점에서 분산전원의 수요는 늘어나야 하므로 청정수소의 보급과 활용이 이루어지는 시점에도 분산전원 확대를 위한 제도적 장치를 마련해야 한다”고 말했다. 

이 대표는 청정수소 인증제와 관련해 “글로벌 기준이 기본이 되어야 하지만 국내 생산보다는 해외 도입 물량이 현저히 많을 것이라는 현실을 반영해 제도가 만들어져야 한다고 생각한다”라며 “해외의 특정 지역들에 한정해서 사업이 진행될 수밖에 없을 텐데, 해외 생산 수소의 청정성 확인 및 운송 과정에서의 탄소 배출량 등도 동시에 고려되어야 할 것”이라고 말했다.

이 대표는 분산전원 정책과 관련해 “분산전원을 사용하는 수요자 입장을 고려할 필요가 있다”라며 “분산전원특별법에서는 특정 조건 아래에 있는 수요자에게 분산전원 사용을 의무화하고 있는데, 의무뿐만 아니라 보조금도 함께 제공해야만 자발적으로 분산전원을 활용할 것”이라는 의견을 밝혔다.