[월간인물 유지연 기자] 러시아-우크라이나 전쟁은 세계 각국의 에너지 자립을 앞당겼다. 탄소중립에 더해진 에너지 자립이라는 과제는 수소에너지 상용화 등 수소경제 시대의 도래를 앞당기고 있다. 유럽은 러시아 가스 의존도를 낮추고자 신재생에너지와 수소 사업을 조합하는 방법을 채택하고 있으며, 중국은 대규모 신재생 수전해 기술을 토대로 그린수소 생산량을 2025년까지 20만 톤 규모로 확대한다는 계획을 발표하기도 했다. 글로벌 컨설팅기업 딜로이트는 2050년이면 세계 에너지 시장에서 수소가 차지하는 비중이 18% 수준에 이를 것이라 전망했다. 블루에프씨㈜는 2025년 본격적인 수소경제 시대의 개막에 선제적으로 대응하는 것을 목표로 보급형 연료전지 시스템 개발에 속도를 내고 있다.
내부식성 특징인 탄소분리판 적용한 연료전지, 상업용 발전분야 및 대형 모빌리티 시장에 유리
블루에프씨㈜가 지난 3월 도쿄 빅사이트에서 열린 ‘FC 엑스포’에 20kW급 연료전지 시스템을 출품하며 주목받았다. 블루에프씨는 2021년 PHC그룹의 투자를 받아 연료전지 시스템 사업에 도전해왔다. 이번 FC 엑스포에서 첫 공개한 20kW급 연료전지는 모빌리티용이다. 황용신 대표는 향후 100kW급 시스템을 개발하는 것이 목표라 전했다.
전기차의 전기 발생을 위한 핵심부품이 배터리이듯 연료전지의 핵심부품은 스택이다. 블루에프씨는 스택을 설계·제작·생산하는 것은 물론 작은 스택에서 고출력을 확보하는데 세계 최고 수준의 기술력을 확보하고 있는 기업이다. 분리판은 스택 원가의 약 30%를 차지하는 핵심부품이자 모듈이다. 현대차의 넥쏘에는 연료전지 시스템 하나당 440세트, 약 900장의 금속분리판이 적용되어 있다.
블루에프씨의 스택은 같은 급의 금속분리판 스택보다 크기가 큰 것이 특징이다. 그라파이트(흑연) 계열의 탄소분리판을 적용한 스택이어서다. 카본 파우더, 수지, 컴파운드를 넣고 압착해서 찍어 제작하는 분리판으로 카본 계열로 분리판이 제작되어 지기 때문에 금속에 비해 부러지기가 쉬워 금속분리판보다 두껍게 제작할 수밖에 없다. 황 대표는 자동차용 스택에 들어가는 금속분리판에 비해 두 배 가량 두꺼운 1.2~1.4T(mm) 정도의 두께로 제품을 구현했다고 설명했다. 스택의 부피는 증가하나 내구성을 약화시킬 수 있는 금속 분리판의 부식 위험을 제거하기 위함이다. 소재의 내구성이 좋은 탄소분리판은 발전용 연료전지나 공간의 제약이 적은 선박, 상용차에 주로 활용된다. 블루에프씨의 20kW급 클래스 PEMFC 스택의 목표 내구는 5만 시간 이상이다. 공간의 제약이 비교적 덜한 상업용 발전기 시작이나 선박 등 대형 모빌리티 시장에 대비하고 있다는 설명이다. 캐나다의 발라드(Ballard Power Systems)社도 탄소계열의 분리판 스택을 채택하고 있다.
사실 금속분리판과 탄소분리판은 분명한 장단점이 있기에 활용과 우수성에 대한 의견이 분분한 상태다. 연료전지 수명을 결정짓는 전기화학적 안정성 측면에서는 부식 위험이 없는 탄소분리판이 우위에 있지만 부피가 크다는 점은 분명한 한계로 작용한다. 세단이나 SUV에 적용하는 데에는 어려움이 따라는 셈이다. 그러나 정치형으로 들어가는 건물용 및 발전용 연료전지로 활용된다면 부식에 강하다는 장점이 극대화된다. 100kW를 기본 모듈로 하는 상업용 발전분야나 중장비 등 건설기계 분야를 비롯해 수소전기 시내버스에도 배터리와 조합한 하이브리드 형태로 적용 가능하다. 탄소분리판 소재의 재활용률이 80%를 웃돌기에 재활용 측면에서도 유리하다. 최근 이슈가 되고 있는 순환경제 측면에서도 분명한 장점으로 작용한다.
블루에프씨의 스택은 코멤택이 개발한 10kW 건물용 연료전지 시스템에 적용되었다. 블루에프씨는 코멤텍이 생산한 막전극접합체(MEA)를 받아 스태킹 작업을 수행하고 있다. 10kW 건물용 연료전지의 전기효율은 41% 이상, 열효율을 포함한 전체 효율은 93%를 넘나든다. 황 대표는 코멤택의 10kW 건물용 연료전지는 KC 인증 절차를 밟고 있다고 전했다. 인증 작업이 끝나면 본격적인 판매에 들어갈 계획이다. 또한 수처리 회사인 필로스와 함께 200kW급 대용량 공기 가습기와 출력을 높이기 위한 기액분리기를 개발 중이다. 황 대표는 세계적으로도 10kW 건물용 및 20kW 모빌리티용 시스템을 선보인 기업이 많지 않기 때문에 제품 개발이 완료되면 분야를 선도하는 기업으로서 전 세계에 판로를 확보할 수 있을 것이라 내다봤다.
수소경제 활성화에 선제적으로 대응하며 세계시장 문 두드린다
정부는 현대 3만 대 수준인 수소전기차 보급 대수를 2030년까지 30만 대로 늘린다는 계획을 발표했다. 이를 위해 액체수소충전소 등 충전 인프라를 확충하는 한편 고압가스 관련 규제를 조금씩 해소해가는 모습이다. 현재는 수소생산이 늘고 충전 인프라를 갖춘다면 전기차를 중심으로 흘러가고 있는 모빌리티 시장이 수소상용차, 발전용 연료전지까지 확장될 것이라는 중론이다.
그러나 아직까지는 국내 모빌리티용 연료전지 시장이 무르익지 않았기에 연료전지 관련 기업들은 기술력과 생산 능력을 키우며 대비하는 전략을 택하고 있다. 황용신 대표는 시장성을 볼 때도 당장은 발전용이 유리하기에 전기 사용량이 많은 공장에 연료전지를 설치해 실증하는 방식으로 활로를 찾아가고자 한다고 설명했다. 이를 위해 우선 대구에 있는 PHC 사업장에 발전용 연료전지 설치를 앞두고 있다. 50kW급을 기반으로 향후 250~500kW급 발전설비까지 확장한다는 계획이다.
“앞으로는 도시가스가 아닌 순수수소를 쓰는 시스템으로 재편될 것이라는 관측 하에 그룹사 차원에서 선제적으로 기술을 개발하고 있습니다. 내년 초 그룹사에 산업용 발전기를 설치하며 실증을 거치는 한편 유럽 쪽 판로 개척을 위해 노력하고 있습니다.”
PHC그룹은 전동화의 한 축인 수소전기차 기술 확보를 위해 블루에프씨를 그룹사에 편입시켜 기술력을 쌓아가고 있다. 프랑스의 세계적 자동차 부품회사인 발레오社와 긴밀한 네트워크를 구축하고 있다는 점, 그룹 계열사 중 하나인 평화발레오가 주변기기(BOP) 양산에 특화된 회사라는 점 또한 유리하게 작용할 것으로 기대된다. 황 대표는 프랑스 발레오사를 통해 유럽의 영업망을 활용할 경우 판로 확보에도 도움이 될 것이라 내다봤다. 최근 유럽을 중심으로 재생에너지와 연계한 수소생산이 늘어나고 있다는 점 또한 긍정적으로 해석된다. 재생에너지를 활용해 생산한 수소를 전기로 변환하는데 PEM(고분자전해질막) 연료전지가 활용되는 까닭이다. 황 대표는 산업용 전기료가 너무 저렴해서 가격경쟁력을 확보하기 어려운 국내환경과 달리 유럽 시장에서는 뚜렷한 수요와 경쟁력을 가질 수 있을 것이라 내다봤다. 이를 위해 발전과 모빌리티라는 투트랙 전략을 이어가고, 양산을 염두에 두고 부품과 장치의 호환성을 높여갈 전망이다. 황 대표는 완성도 높은 연료전지 시스템을 개발하는데 역량을 집결하고 있다고 말했다.
연료전지 스택 구동을 위한 각종 주변장치와 모듈 개발에도 힘을 싣는다. 블루에프씨는 막가습기를 비롯해 스택의 강건성을 모니터링하는 장치인 ‘셀 전압 모니터링 유닛’, 스택 안에서 산소와 반응하지 않은 수소를 재공급함으로써 수소 이용률을 높이는 장치인 ‘수소 재순환 이젝터’의 개발을 완료했다. 향후 DC-DC 컨버터, 제어기를 추가로 개발하여 시스템 모듈을 완성한다는 계획이다. 황 대표는 시스템 모듈을 구성하는 장치들을 개발한 후에는 유럽, 북미, 중국 등 세계시장으로 진출하고자 한다고 밝혔다.
“본격적인 수소경제 시대가 열리기 전까지 준비해야 할 것들이 많습니다. 협력사를 중심으로 밸류체인을 꾸려 규모의 경제를 갖추고자 합니다.”
연료전지 관련 산·학·연 아우르는 경험 바탕으로 전 세계 수소산업 리딩할 기업 만들어갈 것
황용신 대표는 지금은 두산퓨얼셀에 인수된 퓨얼셀파워에 2003년 입사해 연료전지 분야에 첫 발을 디뎠다. 2010년에는 미국 코네티컷 주립대 소속 ‘청정에너지공학센터(Center for Clean Energy Engineering)'에서 박사후연구원으로 신개념 연료전지시스템에 대한 연구를 수행한 후 2012년 현대자동차에 입사해 연료전지를 개발했다. 이후에도 건설기계부품연구원에 들어가 세계 최초의 연료전지 건설기계 과제를 진행한 외에도 대학에서 학생들을 가르치는 등 산·학·연을 두루 거치며 경험을 쌓아왔다. 연료전지 스택을 개발·제작하는 스타트업을 운영하기도 했다.
황 대표는 대학에 있던 중 유망한 기술과 이를 함께 발전시킬 수 있는 파트너를 만나게 되어 창업을 결심하게 되었다고 말했다. PHC그룹과 손잡고 블루에프씨㈜를 설립한 것이다. 양산에 특화된 기업과 손을 맞잡았다는 점에서도 앞으로의 성장성에 거는 기대가 크다. 황 대표는 오랜 시간 수소 분야에서 쌓아온 한국의 저력을 꽃피워 전 세계 수소산업을 리딩할 수 있는 기업을 만들겠다는 포부를 전했다.
“연료전지는 한국과 일본 두 국가가 굉장히 오랫동안 연구해온 분야입니다. 아쉬운 점이 있다면 자동차 쪽은 넥쏘라는 상용차가 나올 정도로 발달했으나 타 분야는 그 속도가 더디다는 점이죠. 이에 PHC그룹이 축적해온 자동차 분야의 기술력과 블루에프씨의 연료전지 기술을 융합해 우리나라 연료전지 기술이 전 세계로 뻗어갈 수 있는 발판을 마련하고자 블루에프씨를 설립하게 되었습니다.”
누구나 손쉽게 사용할 수 있는 보급형 연료전지 선보이며 수소사회로의 진입 앞당긴다
2000년대 초반부터 연료전지를 연구해온 황용신 대표는 그간 쌓아온 기술력과 노하우를 바탕으로 누구나 손쉽게 사용하는 연료전지를 개발·보급하는데 기여하고 싶다는 바람을 전했다. 연료전지를 처음 연구하던 당시와 달리 이제는 친환경에 대한 관심이 시대적 화두로 자리 잡은 만큼 앞으로의 시장성 또한 상당할 것이라는 전망이다. 그는 2025년이면 수소경제 시대가 열릴 것이라 내다보며 이를 대비하고자 보급형 연료전지 시스템에 집중할 것이라 전했다.
“태양광, 풍력 등 재생에너지 사용이 어려운 지역의 기업들이 RE100이라는 요건을 충족시키기 위한 가장 좋은 대안 중 하나는 연료전지입니다. 또한, 지속적으로 유럽, 북미의 경우 전기료는 올라가고 수소 가격은 떨어지는 상황이 펼쳐질 거예요. 수소가 경쟁력을 갖는 시기가 2025년이 될 것이라 예견하는 이유입니다. 이에 2025년부터는 연료전지를 본격적으로 보급할 수 있도록 준비하고자 합니다.”
우리나라는 전 세계에서 가장 우수한 수소 기술력을 갖춘 국가 중 하나다. 황 대표는 대한민국에서 수소를 잘하는 기업으로 인정받는 것은 곧 세계 최고 수준의 기술력을 갖추었다는 의미라며, 구성원들에게도 자부심을 가질 것을 강조하고 있다고 말했다. 실제로 스택 등 핵심부품을 자동차에 적용 가능한 수준으로 생산할 수 있는 기업의 수는 손에 꼽을 정도이다.
“후배세대에게 깨끗한 세상을 물려주자는 것이 저희의 철학입니다. 슈퍼에서 필요한 물건을 사듯 누구나 손쉽게 사용할 수 있는 보급형 제품을 만드는 것이 목표죠. 앞으로도 가격을 낮추고 성능을 높인 제품을 선보이며 접근성을 극대화해나가고자 합니다.”
끝으로 황 대표는 국내 수소 생태계 구축과 협업을 강조했다. 연료전지 분야에서 한국이 두각을 드러내고 있는 만큼 각각의 플레이어들이 경쟁자가 아닌 협력자로 힘을 모을 때 다가올 수소사회를 선도해갈 수 있으리라는 기대에서다. 각각의 기업이 가진 경쟁력이 하나의 생태계에 어우러져 시너지를 뿜어낼 때 대한민국은 수소에너지 강국으로서 글로벌 수소경제를 이끌어갈 것임을 확신한다.
