[월간수소경제 송해영 기자] 지난해 3월, 일본은 세계 최초로 상용 수소충전소 100개소 구축을 달성했다. HySUT의 발표에 따르면 2018년 12월 말 기준 구축 완료된 수소충전소는 100개소이며, 13개소는 추가 건설 중에 있다.
일본은 경제산업성(METI)과 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)가 각각 규제 완화와 기술 개발·검증을 담당하는 가운데, 2009년 설립된 민간단체 수소공급이용기술협회(HySUT)에서 수소공급 비즈니스의 사업화를 위한 공급 안정성, 경제성, 환경적합성 등 관련 실증사업과 국제표준화 활동을 수행하고 있다.
실제 수소충전소 보급은 2018년 설립된 특수목적법인(SPC) 일본수소충전소네트워크합동회사(JHyM)와 JHyM 참가사들을 주축으로 추진되고 있다. JHyM은 발족 첫 해인 2018년 12개소의 수소충전소 구축에 나섰으며, 지난달 첫 번째 수소충전소 ‘이와키 가시마 수소충전소’ 운영을 시작함으로써 첫 신호탄을 쐈다. 앞으로 2021년 말까지 수소충전소 80개소를 구축한다는 목표다.
우리나라가 울산, 광주, 창원 등 수소에너지 보급과 인프라 투자에 적극적인 지자체 위주로 수소충전소 보급이 추진되고 있다면 일본은 4대 도시권을 중심으로 수소충전 인프라 네트워크를 구축 중이다.
4대 도시권은 도쿄 도·가나가와 현·사이타마 현을 중심으로 한 수도권과 나고야 시를 중심으로 한 중경권, 오사카 부·효고 현·나라 현을 중심으로 한 관서권, 후쿠오카 현·나가사키 현을 중심으로 한 북부구주권을 가리킨다.
이 중 가장 많은 수소충전소가 보급된 지역은 단연 수도인 도쿄다. 현재 14개소의 수소충전소가 구축돼 있다. FC EXPO 2019 취재를 위해 오다이바 지역에 위치한 국제전시장 도쿄 빅사이트(Big Sight)로 이동하던 도중, 생각지도 못한 곳에서 수소충전소를 발견했다. 지난해 3월, 즉 FC EXPO 2018 개최 이후 운영을 시작한 ‘도쿄 아리아케 이와타니 수소충전소’였다.
일본은 2020년 도쿄올림픽 개최에 맞춰 올림픽이 열리는 오다이바 지역과 공항을 연결하는 노선에 수소전기버스를 투입할 계획이다. 도쿄 아리아케 이와타니 수소충전소는 일본 최초로 수소전기버스 충전에 본격적으로 대응한 곳으로, 2020년 도쿄올림픽을 통해 수소사회 의지를 알리기 위한 일본의 노력을 엿볼 수 있다.
수소충전소 설치·운영비 저감 나선 일본
일본 경제산업성은 지난달 ‘수소기본전략’을 일부 보완했다. 개정판에 따르면 일본은 2020년까지 160개소, 2025년까지 320개소의 수소충전소를 구축하고 2020년대 후반까지 수소충전소 사업의 자립화(보조금 지원없는 형태)를 실현한다는 목표다. 지난해 발표한 ‘제5차 에너지기본계획’ 중 ‘2050년까지 수소충전소 320개소 구축’이라는 대목과 비교하면 일본이 수소사회 이행을 위해 발걸음을 재촉하고 있음을 알 수 있다.
정부 등의 보조금 없는 수소충전소 자립운영을 위해 일본은 수소전기차 대량 생산 및 가격 인하, 볼륨 존을 겨냥한 차종 추가 투입, 수소 공급 비용 저감 등을 추진한다는 계획이다.
이와 더불어 일본이 꺼내든 카드가 바로 ‘설치·운영비 저감’이다. 일본의 경우, 수소충전소 도입 초기 설치비는 4억 6,000만 엔(약 46억 원), 운영비는 연간 4,000~5,000만 엔이었다. 이후 2016년에는 설치비가 3억 5,000만 엔, 운영비가 3,400만 엔까지 낮아졌다. 이를 2025년에는 설치비 2억 엔, 운영비 1,500만 엔까지 낮춘다는 계획이다.
이를 위해 일본 정부는 안전 확보를 전제로, 2017년 6월 각료회의에서 결정된 ‘규제개혁실시계획’ 중 37개 항목의 규제를 개선해 나갈 것이라고 밝혔다. 그중에서도 ‘원격 감시를 통한 수소충전소 운영 무인화’, ‘수소충전소 부품 소재 경제성 확보’ 등 일부 항목에 대해서는 2020년까지 매 해에 따른 마일스톤을 설정한 상태다.
현재 일본에 구축된 수소충전소 중 39개소가 이동식 수소충전소이다. 일본 정부는 수소전기차 보급 상황에 맞춰 이용률이 높은 이동식 수소충전소를 고정식 수소충전소로 대체하고, 그 과정에서 필요 없어진 이동식 수소충전소는 수소충전 인프라가 부족한 지역에서 활용할 수 있도록 조치할 계획이다.
지난 2월 27일부터 3월 1일까지 일본 도쿄 빅사이트(Big Sight)에서 개최된 ‘FC EXPO 2019’에서는 혼다, 이와타니, 다쓰노, 스즈키쇼칸 등의 기업들이 다양한 수소충전 솔루션을 출품함으로써 일본의 바빠진 수소충전 인프라 시장을 대변하고 있었다.
혼다, 충전 압력 70MPa 패키지형 수소충전 시스템 선보여
패키지형 수소충전 시스템은 콤프레서, 고압수소용기, 프리쿨러 등 수소충전소의 구성 요소들을 두세 개의 컨테이너에 넣은 것으로, 설치 기간이 짧고 공간제약에서 좀 더 자유롭다. 한국수소산업협회의 발표에 따르면 복합충전소 구축에는 200~300평의 공간이 필요하지만, 수소충전소를 패키지형으로 구축하면 100평 이하의 공간만으로도 충분하다.
일본 정부는 수소기본전략 개정판을 통해, 설치 공간 및 비용을 절약할 수 있는 패키지형 수소충전소 보급을 확대할 것이라고 밝혔다.
이와 관련해 충전압력 35MPa 패키지형 수소충전소 시스템 ‘SHS(Smart Hydrogen Station)’를 판매해 오던 혼다는 충전 압력을 70MPa까지 끌어올린 신 모델을 출품했다. 패키지 형태이므로 공장에서 출하된 SHS를 설치한 다음 물·전기 공급을 위한 배관공사만 마치면 곧바로 운영을 시작할 수 있어 설치기간 및 설치비 절감이 가능하다.
혼다 관계자는 이번 신 모델의 가장 큰 차이점으로 ‘파워 크리에이터’를 꼽았다. ‘파워 크리에이터’는 혼다가 자사 기술력으로 개발한 고압 수전해 시스템이다. SHS에 재생에너지 전력과 물을 투입하면 파워 크리에이터가 물을 분해해 고압의 수소를 생산한다. 이때 수소가스의 압력은 82MPa이다. 따라서 콤프레서를 거치지 않고 곧바로 고압수소탱크에 저장된다.
혼다 관계자는 “콤프레서가 불필요하므로 수소를 압축하는 과정에서 발생하는 소음이 나지 않아 상업 지역이나 주택가에도 설치 가능하다”고 강조했다.
혼다는 지난해 12월부터 SHS 신 모델 판매를 개시했다. 지금까지 5기를 설치했으며, 충전 압력이 35MPa인 이전 모델의 설치 실적은 20기 가량이다.
셀프 충전 통한 ‘수소충전소 무인화’
일본 정부의 발표에 따르면 연간 3,400만 엔에 이르는 수소충전소 운영비 중 약 35%가 인건비에 해당한다. 이에 더해 초고령사회에 접어든 일본은 일손 부족으로 몸살을 앓고 있어 ‘수소충전소 무인화’는 운영비 절감 및 인력 문제 해결을 위해서라도 거스를 수 없는 흐름이 되었다.
지난해 5월 일본석유에너지기술센터(JPEC)는 셀프 수소충전과 관련해 가이드라인을 작성했으며, 다음 달인 6월에는 일본 경제산업성이 이를 승인하면서 제도적으로 운전자에 의한 셀프 수소충전이 가능해졌다.
하지만 아무나 수소전기차를 충전할 수 있는 것은 아니다. 운전자는 우선 보안 교육을 이수하고, 수소충전소 사업자와 수소충전 준비작업에 관한 계약을 맺어야 한다. 회원 등록과 비슷한 형태라고 보면 된다.
또한 보안 책임자는 운전자의 셀프 충전을 감독 및 교육할 수 있어야 한다. 감시카메라나 인터폰을 이용해 원격으로 감시할 수도 있지만, 아직 수소충전소에 이와 같은 시설이 갖춰지지 않았으므로 현재는 ‘보안 책임자가 지켜보는 앞에서 운전자가 수소를 충전하는 수준’에 머물러 있다.
이에 일본은 ‘원격 감시를 통한 수소충전소 무인화’와 관련해 NEDO 사업을 중심으로 검토에 들어갔으며, 올해 8월까지 법적·기술적 과제를 비롯해 필요한 안전 대책을 정리한 다음 2020년 도쿄올림픽 개최에 맞춰 무인 수소충전소 운영을 시작한다는 방침이다.
이와 관련해 FC EXPO 2019 전시회에서는 완전한 셀프 충전, 나아가 수소충전소의 무인화를 위한 솔루션이 제시되었다.
히타치오토모티브시스템즈메저먼트(이하 히타치)는 얼굴 인식을 이용해 셀프 충전 가능 여부를 판별하는 시스템과 수소충전 디스펜서 ‘NEORISE’를 선보였다. ‘NEORISE’는 이후 설명할 도쿄 시바코엔 이와타니 수소충전소에도 도입된 제품이다.
앞서 설명했듯 셀프 충전을 수행하기 위해서는 수소충전소 사업자와 계약을 체결해야 한다. 그렇다면 보안 책임자가 부재중인 경우 운전자의 계약 체결 여부는 어떻게 판별할 수 있을까. 여기서 히타치가 제안한 것이 카메라를 이용한 얼굴 인식 시스템이다.
계약을 체결한 운전자는 얼굴 인증의 사전 등록을 수행한다. 이후 수소충전소 방문 시, 카메라를 이용해 얼굴 인증을 진행한다. IC카드를 이용한 인증도 가능하다. 시스템은 운전자의 등록 여부를 판별한 다음, 등록되지 않은 사용자일 경우 충전소 관리자에게 실시간으로 알린다. 충전소 관리자는 멀리 떨어져 있더라도 태블릿 단말기 등으로 운전자의 신원을 파악하고 수소충전 가능 여부를 변경할 수 있다. 신원이 확인된 운전자는 여타 셀프 주유소와 마찬가지로 노즐을 이용해 수소를 충전하면 된다.
히타치 관계자는 “셀프 충전 가이드라인은 승인된 상황이지만, 아직은 실증 단계라고 볼 수 있다”며 “우리들이 제안하는 계약 여부 판별 시스템과 함께 충전 비용을 운전자 스스로 결제할 수 있는 키오스크 등이 결합되면 완전한 무인화가 가능해진다”라고 설명했다.
일본 내 고정식 및 이동식 수소충전소용 디스펜서 시장의 70% 점유율을 자랑하는 다쓰노 역시 셀프 충전에 대응 가능한 디스펜서를 선보였다. 디스플레이를 통해 셀프 충전과 보안 책임자에 의한 충전을 선택할 수 있으며, 카드 투입구가 있어 결제까지 가능하다. 최근 일본에서 수소충전 허용 압력이 70MPa에서 82MPa로 상향되었다는 점을 반영해 최대 82MPa의 압력으로 수소를 충전할 수 있도록 개선했다.
한편 우리나라 역시 셀프 충전 허용을 위해 안전성 검토를 추진 중이다. ‘반쪽짜리’ 셀프 충전이 되지 않기 위해서는 보급 초기 단계부터 수소충전소 무인화를 위한 솔루션을 다각도로 검토할 필요가 있다.
각 기업이 열쇠 쥔 지게차용 수소충전소 보급
국가사업으로 추진되는 고정식 및 이동식 수소충전소 보급과 달리 지게차용 수소충전소 보급은 공항, 공장 등을 운영하는 기업들의 의지가 핵심 열쇠다.
일본은 2016년부터 수소전기지게차 판매가 시작되었다. 현재 시판 중인 모델은 도요타자동직기 제품 한 종류뿐이다. 2019년 2월 말 기준 일본에는 150대 가량의 수소전기지게차가 보급된 것으로 전해졌다.
일본은 수소전기지게차 보급 확대를 위해 현재 한 종류뿐인 모델을 용도에 따라 소형화·대형화하는 등 차종을 확대해 나갈 계획이다. 한편으로는 수소전기지게차에 탑재된 연료전지 유닛을 농기계나 건설기계 등 다양한 분야에 적용함으로써 가격을 낮추는 방안도 고민하고 있다. FC EXPO 2019 전시회장에서는 지게차용 수소충전 솔루션을 어렵지 않게 찾아볼 수 있었다. 다쓰노, 스즈키쇼칸, 이와타니, 도쿄무역메카닉스 등이 지게차용 수소충전 설비를 선보였다.
스즈키쇼칸은 지게차용 수소충전 시스템 ‘SmartFuel’을 출품했다. 재생에너지 전력으로 수소를 제조하며, 시간당 8대의 지게차를 충전할 수 있다. 충전 압력은 35MPa이다. 지난해, 나고야 지역의 관문인 주부국제공항 화물지구에 2호기를 설치했다.
이와타니산업은 패키지형 지게차용 수소충전장치를 선보였다. 패키지 내부에는 재생에너지 전력으로 물을 분해하는 수소제조장치와 압축기, 고압수소탱크, 유량계 등이 포함되어 있다. 수소생산량은 모델에 따라 다른데 최대 일일 100Nm³를 생산할 수 있으며, 10kg의 수소를 저장할 수 있다.
도쿄무역메카닉스는 아이비 에너지 솔루션즈(Ivys Energy Solutions)와 맥파이 에너지 노스 아메리카(McPhy Energy North America), PDC 머신즈(PDC Machines) 3사가 개발한 소형 수소 디스펜서 ‘심플 퓨얼(simple.fuel)’을 출품했다.
심플 퓨얼은 수전해식 수소제조장치와 다이어프램 타입 수소 콤프레서를 내장한 디스펜서다. 일일 최대 5kg의 수소를 공급할 수 있으며, 충전 압력은 35MPa이다. 도쿄무역메카닉스는 지난해 4월, 3사와 협력해 일본 이와테 현에 위치한 목재 생산 기업인 케센 프리컷 공장에 해당 장비를 설치했다.
지게차용 수소충전 설비의 경우, 전부 충전 압력이 35MPa이었다. 스즈키쇼칸 관계자는 “지게차용 수소충전 설비는 공항이나 공장, 시장 등 특정 사업장 내에 설치되는데, 이때 수소전기지게차는 정해진 경로만을 운행하므로 35MPa로 충분하다”며 “충전 압력이 35MPa일 경우 열교환기를 필요로 하지 않아 설치 공간 및 비용을 줄일 수 있다”고 이유를 설명했다.
지게차용 수소충전소의 경우, 기업 차원에서 공장 등에 설치하고 있어 정확한 도입 현황을 파악하기는 힘들다. 다만 일본은 공항에서 사용하는 화물 운송용 지게차를 수소전기지게차로 대체하려는 움직임이 활발히 이뤄지고 있다. 현재 간사이국제공항, 주부국제공항, 도쿠시마공항 등에 수소전기지게차 및 충전 인프라가 보급돼 있다. 스즈키쇼칸 관계자는 “현재 하네다·나리타국제공항에서도 수소전기지게차 도입을 고려하는 중”이라고 설명했다.
<도쿄 시바코엔 이와타니 수소충전소를 찾아서>
수소에너지 수용성 확대 ‘선봉장’ 역할 커
도쿄타워 인근 위치…도요타의 ‘미라이 쇼룸’과 병설 운영
하루 평균 30대 이용…일본 수소충전소 중 이용률 가장 높아
프랑스, 일본 등은 도심에도 수소충전소 설치가 가능하다. 실제로 프랑스는 에펠탑에서 1km도 채 떨어지지 않은 곳에 수소충전소가 설치되어 있으며, 일본 역시 도쿄타워 바로 앞에 수소충전소가 위치해 있다. 최근 우리나라도 수소충전소 입지제한 규제완화를 위해 시행령 일부를 개정했다. 이에 따라 앞으로 상업 지역이나 준주거 지역에 수소충전소를 설치할 수 있게 되었다. 도심에 설치된 수소충전소는 시민들의 수소에너지에 대한 인식을 높임으로써 수소에너지 수용성 확대의 선봉장 역할을 수행할 수 있는 이점이 크다.
월간수소경제는 수소 및 연료전지 분야 종사자 30여 명으로 이뤄진 시찰단을 구성해 FC EXPO 2019 기간 중, 도쿄 중심부에 위치한 ‘도쿄 시바코엔 이와타니 수소충전소’와 ‘미라이 쇼룸’을 방문함으로써 일본의 수소전기차 및 충전 인프라 도입 현황을 살펴보는 시간을 마련했다.
도쿄 시바코엔 이와타니 수소충전소는 도쿄 중심부에 자리하고 있다. 명품 매장이 즐비한 번화가 긴자와 3km 거리이며, 황거(皇居)와도 5km 남짓 떨어져 있다. 도쿄타워가 위치해 있어 관광지로도 많은 사랑을 받는 지역이다.
수소충전소 바로 옆에는 도요타자동차의 ‘미라이 쇼룸’이 설치되어 있어, 수소전기차를 보다 많은 사람들에게 알리고 있었다.
도쿄 시바코엔 이와타니 수소충전소(이하 시바코엔 수소충전소)는 일본에서 가장 높은 이용률을 자랑한다. 하루 평균 30대의 차량이 이용하고 있다는 설명이다. 시찰단이 수소충전소에 대한 설명을 듣는 약 1시간 동안에도 4~5대의 차량이 들어와 수소를 충전했다.
방문 당시 수소 가격은 1kg당 1,100엔(약 1만 1,000원)이었다. 운영시간은 평일 9~22시, 토요일 9~17시, 일요일 및 공휴일 15~20시로, 이용률이 높은 만큼 여타 수소충전소와 달리 주말에도 운영한다는 점이 인상 깊었다.
2015년 운영 시작 당시에는 법에 따라 충전 압력이 70MPa로 제한되어 있었으나, 최근 규제가 완화되어 82MPa까지 충전이 가능하다. 시바코엔 수소충전소는 일본에서도 최초로 82MPa 수소충전을 시작한 곳이다. 따라서 멀리서 수소를 충전하러 오는 사람들도 있다고 한다. 도요타자동차의 수소전기차 ‘미라이’ 수소탱크의 최대 압력은 87.5MPa이다.
시바코엔 수소충전소는 탱크로리를 이용해 액화수소를 이송해 온 다음, 기체 형태로 변환해 차량에 충전한다. 현재 일본에는 3개의 액화수소 플랜트가 운영 중이다. 오사카 부 사카이 시, 치바 현 이치하라 시, 야마구치 현 슈난 시에 각각 설치돼 있다. 이 중 치바 현에는 전해 소다 공장이 위치해 있어 부생수소가 대량으로 발생한다. 시바코엔 수소충전소는 치바 현에 위치한 액화수소 플랜트에서 액화수소를 월 단위로 가져와 이용하고 있었다.
시바코엔 수소충전소를 관리하는 이와타니산업 관계자는 “한번에 2만 3,000리터급 탱크로리로 이송하는데 이는 300대의 수소전기승용차를 충전할 수 있는 양”이라고 설명했다.
탱크로리로 이송한 액화수소는 탱크에 보관했다가 기화해 콤프레서로 보낸다. 콤프레서는 린데 아이오닉 제품으로, 0.6MPa의 기체수소를 다섯 번에 걸쳐 82MPa까지 압축한다. 이후 디스펜서를 이용해 차량에 수소를 충전한다. 시간당 6대의 차량을 충전할 수 있다.
시바코엔 수소충전소에는 두 대의 디스펜서가 설치되어 있었다. 이와타니산업 관계자는 “지금 당장의 수요 때문이 아니라 앞으로의 수요 증가에 대비하기 위한 결정”이라고 말했다.
