수전해 시스템 핵심부품에 대한 기술 격차 벌려가며 그린수소 시대 앞당기는 ㈜웨스피
수전해 시스템 핵심부품에 대한 기술 격차 벌려가며 그린수소 시대 앞당기는 ㈜웨스피
  • 김윤혜 기자
  • 승인 2022.07.04 11:36
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㈜웨스피 김홍열 대표

탄소중립 달성을 위해 인류는 화석에너지 시대에서 수소를 중심으로 하는 에너지믹스 시대로 나아가고 있다. 특히 재생에너지로 생산된 전력을 활용해 물을 분해하며 수소를 생산하는 수전해 기술은 진정한 친환경 에너지 전환을 완성할 기술로 주목받는다. 일찍이 수전해 기술의 필요성을 내다보고 20여 년 간 수전해 기술을 연구해온 ㈜웨스피는 수전해 시스템의 핵심부품인 MEA와 스택에 대한 세계 최고 수준의 기술력을 완성했다.

 

㈜웨스피 김홍열 대표 / 사진 박성래 기자
㈜웨스피 김홍열 대표 / 사진 박성래 기자

 

그린수소 생산의 핵심 고분자전해질 수전해 시스템의 핵심부품 분야 세계 최고 수준 기술력 확보
㈜웨스피(WESPE)는 Water Electrolysis Systems by the PEM Electrolyser의 머릿글자를 딴 사명처럼 고분자전해질 수전해 시스템의 핵심부품인 MEA와 스택을 개발·생산하는 기업이다. 가격과 내구성, 성능면에서의 독보적인 우위를 토대로 PEM(고분자전해질막) 수전해 장비의 국산화를 견인해왔다. 
  산업통상자원부 과제를 시작으로 20여 년 간 연구·개발에 몰두해온 웨스피는 고분자전해질 연료전지와 수전해 분야에서 다수의 특허와 논문을 발표하였으며, 현재는 수소생산을 중심으로 초소형 수전해 셀에서 중대형 스택과 BOP에 이르기까지 고분자전해질 수전해에 관한 모든 것을 연구하고 있다. 김홍열 대표는 사업 초기 자동차용 연료전지의 사업화를 계획했지만 향후 수전해 분야가 유망할 것이라는 판단에 사업방향을 바꿔 설립 5년차부터는 수전해 시스템의 핵심부품 개발에 집중해왔다고 설명했다. 미국 미주리 대학교(University of Missouri-Columbia) 화학공학과에서 박사학위를 취득한 그는 삼성전기 고분자재료연구실과 성균관대학교 화학공학과 겸임교수를 거쳐 수소경제시대를 선도하겠다는 포부로 웨스피를 설립했다.
  “최근 그린수소에 대한 관심이 커지면서 많은 기관들이 주변장치를 직접 제작하고 있습니다. 이전에는 MEA나 스택을 판매하기 위해서는 어쩔 수 없이 수요처의 요구사양에 따른 시스템을 개발해야 했지만 앞으로는 MEA나 스택에만 집중할 수 있는 환경이 만들어진 거죠. 비록 회사의 규모는 작지만 부가가치가 높은 스택을 세계적 수준으로 생산할 수 있는 능력을 보유하고 있는 만큼 짧은 시간 내 큰 발전을 보여드릴 수 있으리라 자신합니다.”
  고분자전해질 수전해 장치를 처음으로 제작·판매했던 2000년대 초에서 지금에 이르기까지 웨스피는 초소형 MEA와 셀을 제작·판매하며 학술적 내용과 실제 제품과의 간극을 좁히기 위한 연구개발을 지속해왔다. 20년이라는 긴 시간, 김 대표의 고민은 오로지 스택의 내구성이었다. 스택의 내구성을 나타내는 지표는 시간의 흐름에 따른 전압의 상승인데, 초기에는 짧은 시간 내 전압이 높아지는 현상이 빈번하게 나타났다. 그 때마다 원인을 분석하고 개선책을 마련하여 적용하기를 10여년, 2010년에는 100가지가 넘는 노하우를 기반으로 웨스피는 수전해 스택의 가격경쟁력을 높일 수 있는 분리판 기술 개발에 성공했다. PEM 수전해의 단점을 극복해낸 것이다. 그간 스택의 내구성을 떨어뜨리는 수많은 원인을 오랜 기간에 걸쳐 하나씩 풀어왔기에 이제는 어떠한 제품과 비교해도 뒤지지 않는 수준에 이르렀다는 평가다. 김 대표는 MEA와 분리판의 최적화를 가장 큰 성과로 꼽을 수 있다며, 2020년 말 성능과 경제성에 최적화된 솔루션을 완성해 지난해부터는 대면적 스택의 실제 생산에 돌입했다고 설명했다. 지난해에는 대면적 스택 생산을 위한 밴처캐피탈(VC)의 투자를 유치하며, 제품의 시장 판매를 위해 ㈜씨에스하이드로젠을 설립했다.
  “기업의 성장은 매출과 직결된다는 생각으로 판매를 우선순위에 두어왔습니다. 가능한 한 많은 판매처를 확보하며 안정적 운영을 추구해왔죠. 지금까지 다양한 판매처에 다양한 제품을 공급하며 경험을 쌓아온 만큼 대면적 스택의 판매가 시작되는 올해는 매출 및 회사규모에도 큰 변화가 있을 것이라 기대합니다.”

㈜웨스피 김홍열 대표 / 사진 박성래 기자
㈜웨스피 김홍열 대표 / 사진 박성래 기자

대면적 스택 판매 시작한 2022...2030년 1조원 시장 목표
고분자 분야에서도 표면 혹은 계면현상을 다루는 플라즈마 폴리머(plasma polymer)를 전공한 김홍열 대표는 평소 실제 작동하는 제품개발에 흥미를 가져왔다며, 2000년대에 접어들며 정말로 하고 싶은 분야가 무엇인지, 어떤 분야에 경쟁력이 있을지를 1년여에 걸쳐 분석했다고 말했다. 인류사회에 도움이 되고, 개인적으로 쌓아온 역량이 경쟁력을 가지면서도 미래 산업으로의 발전 가능성이 큰 분야를 고민한 결과 고분자 연료전지와 수전해라는 결론에 도달한 그다. 이후 ㈜웨스피를 설립한 김 대표는 수전해가 소규모 사업장에 적합하다는 판단 하에 수전해 관련 기술을 발전시켜왔다. 그리고 20년이 흐른 지금 그의 예측은 맞아떨어졌다.
  “스택의 주요 구성품인 MEA와 분리판은 스택의 경제성에도 많은 영향을 미칩니다. 판매 위주의 성장을 그렸던 웨스피는 이미 10년 전 분리판 최적화를 시작한 끝에 삼차원메쉬라는 유로를 고안해 분리판의 가격을 획기적으로 절감했죠. 이러한 경쟁력을 바탕으로 사업을 이끌어오고 있습니다.”
  수전해 핵심부품인 스택에 있어 웨스피 제품의 성능과 내구성, 가격경쟁력은 세계 최고 수준을 자랑한다. 촉매의 사용량은 상용제품의 1/3~1/10 수준으로 절감하면서도 성능과 내구성을 최고수준으로 유지하는 것은 물론 티타늄 분리판에서 가장 많은 비용을 소모하는 유로형성을 없앤 탁월한 성과는 MEA 제조 특허로 이어졌다. 전체 스택의 가격을 촉매를 포함해 50% 이상 낮춘 점은 전 세계 어느 기업과도 차별화된 웨스피만의 독보적인 기술력이다. 소비자 맞춤형 제품을 양산할 수 있다는 점 또한 시장이 웨스피를 주목하는 이유다. 기본 구조의 수소발생시스템을 제작·판매하는 것은 물론 각각의 현장에 최적화된 시스템을 제시한다. 김 대표는 어떠한 용량의 면적(전류)·셀수(전압)에서도 최고 수준의 성능과 안정적인 효율을 낼 수 있다며 자부심을 표했다.
  “한 분야의 최고 전문가는 그 분야에서 일어날 수 있는 모든 실패를 경험한 사람이라는 말이 있었어요. 지속적인 경험 속에서 발생 가능한 문제들을 예측하고, 이에 대응하며 끊임없이 기술력을 높여왔습니다.”
  올해 초 대면적 스택의 판매가 시작되었다는 점도 고무적이다. 이미 몇몇 회사에 납품이 되었으며, 사용처에서는 매우 긍정적인 반응이 나오고 있다. 12셀(Cell)에 이어 25셀 사양의 제품 개발을 끝낸 만큼 2022년을 제품 상용화의 원년으로 삼는다는 계획이다. 김 대표는 아직까지 공개적인 홍보를 하지 않았음에도 입소문을 통해 대기업 등지에서 여러 협업 제안이나 제품에 관한 문의, 발주가 들어오는 상황이라 전했다. 하반기 20억 원 상당의 대면적 스택 판매를 시작으로 2023년 100억 원, 2024년 1000억 원의 매출을 달성하는 것이 목표다. 장기적으로는 2030년까지 기가와트(GW) 용량을 구현하며 1조원대의 스택 판매를 계획하고 있다.

일찍이 수전해의 필요성과 당위성 예측하며 관련 기술의 발전 이끌어
“향후 수전해를 반드시 필요로 하는 시대가 올 것이라는 확신으로 20년간 연구개발을 이어왔습니다. 세계 최고 수준의 스택을 만들겠다는 일념 하나로 사업을 이끌어왔죠. 이제야 그린수소가 주목받으며 관련 시장의 움직임이 커지고 있습니다.”
  20년 후를 꿰뚫은 혜안은 ㈜웨스피만의 기술적 해자를 구축하는 결과로 이어졌다. 이를 위해 김홍열 대표는 최근 발행된 연구논문을 수시로 확인하며 기술의 흐름을 익혀왔다. 전 세계 관련 분야 전문가들이 오랜 기간 연구개발한 많은 결과들을 단시간에 습득하고, 자사 제품의 개선에 활용할 수 있다는 점은 상당한 이점이라는 설명이다. 국내에서 고분자전해질 수전해 관련 전문가를 찾아보기 힘들다는 점 또한 그가 지속해서 전 세계의 연구 트렌드를 좇는 이유다. 김 대표는 업무와 관련한 자문 등 부탁을 받으면 힘이 닿는 한 돕고 있다고 전했다.
  “사업에 있어 좋은 관계를 유지하는 것이 무엇보다 중요하다는 생각입니다. 사람을 만났을 때 반가운 마음이 들고, 서로 필요할 때 도움을 줄 수 있어서죠. 5년 전부터 일본에 소형 스택을 수출 중인데, 일본 측 수입사와 도쿄 해양대학교가 협업을 맺고 있습니다. 수출 초기에는 수전해 시스템과 스택에 관해 수시로 강의를 진행하기도 했죠. 예전 일본인 기술자에게 여러 분야를 배우던 시기가 있었기에 감회가 새로웠죠. 이제는 우리나라가 일본을 가르치는 분야가 많이 생긴 점은 참 좋은 일이죠.”
  아직 무르익지 않은 시장에 먼저 도전했던 만큼 현실적 어려움이 따르기도 했다. 대면적 스택 개발을 위한 생산시설 확충과 인력 확보가 시급한 상황이다. 김 대표는 최근 투자유치 및 대기업과의 협업이 활발히 이루어지고 있는 만큼 양산을 위한 인프라를 구축할 것이라 전했다. 내년에는 대규모 생산이 가능한 공장을 증축할 계획이다. 수출 부문 또한 상당한 성장이 예상되는 만큼 국내외 제품관리 시스템도 갖춰나갈 방침이다. 김 대표는 안정적인 운영을 위해서는 예상되는 변수에 대한 선제적 대응이 중요한 만큼 본격적인 준비에 착수하며 적기에 적합한 대응을 이어갈 것이라 말했다.

㈜웨스피 김홍열 대표 / 사진 박성래 기자
㈜웨스피 김홍열 대표 / 사진 박성래 기자

수소경제의 한 축 담당한다는 사명감으로 대한민국 수소경제체제 구축에 기여
“고분자전해질 수전해 스택은 제가 특별히 선택한 분야이자 이제는 저의 인생 전체가 응축된 최종 산물이 되었습니다. 제품의 성공이 곧 제 인생의 성공이라 할 수 있죠. 그렇기에 분야의 성취는 제게 큰 즐거움이 되고 있습니다.”
  김홍열 대표는 ㈜웨스피 운영은 단순한 수익 창출이나 업적, 명예를 떠나 특별한 사명감에 기인한다고 말했다. 수소경제의 한 축을 담당하며 진정으로 가치 있게 사용될 수 있는 제품을 만들었다는 자부심은 김 대표가 오래도록 품어온 꿈이자 원동력이다. 그는 기술의 필요성을 확신하며 기술의 성공만을 위해 달려왔다며, 이는 자연스레 사업의 성공으로 이어지고 있다고 말했다. 그는 우리나라를 비롯한 전 세계에서 웨스피의 수전해 스택이 채택되어 수소생산의 임무를 잘 수행하고 있다며, 이는 웨스피가 달성하고자 하는 가장 중요한 목표라 강조했다. 웨스피는 인류의 꿈인 청정무한의 에너지사회 구현을 위한 도전을 지속하고 있다.
  “수소경제체제는 결코 각자도생으로 이룰 수 없습니다. 신재생에너지부터 연료전지, 계통전력에 이르기까지 수많은 단계가 서로 연계되어 있죠. 저 또한 업계 종사자들을 만날 때면 첫 만남에서부터 뭉클한 형제애 같은 것을 느끼곤 합니다. 아직까지는 수소경제 개발의 초기단계이기에 부족한 분야와 과잉된 분야가 혼재되어 있지만 시간이 흐르면 균형이 잡히면서 상생발전이 이루어질 것이라 확신합니다. 웨스피 또한 대한민국의 수소경제체제를 완성하는데 기꺼이 힘을 보태겠습니다.”


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