[월간수소경제 성재경 기자] 지난 8월 31일부터 9월 3일까지 일산 킨텍스 제2전시장에서 H2 MEET 전시회가 열렸다. 지난해만 해도 이 전시회의 명칭은 ‘수소모빌리티+쇼’였다. 세 번째 전시회를 앞두고 명칭을 바꾼 데는 이유가 있다. 

먼저 한국의 수소산업 트렌드가 변했다. 수소생태계의 전주기 밸류체인 사업을 ‘모빌리티’란 단어에 다 담아내기에는 그 그릇이 너무 작게 느껴진다. 정만기 조직위원장 겸 한국자동차산업협회장은 행사를 두 달 앞둔 시점에 이런 말을 했다. 

“러시아-우크라이나 전쟁으로 인한 유가 급등으로 수소산업은 탄소중립과 동시에 에너지 자립도를 높일 수 있는 수단으로 EU 등 각국의 투자가 획기적으로 확대되고 있는 상황이다. 이번 전시회는 세계적인 수준의 국내 수소차, 수소연료전지 등 수소활용 산업의 현재와 미래를 확인하고, 발 빠르게 발전하고 있는 글로벌 수소 생산, 저장, 운송 기술의 트렌드를 생생하게 접할 기회가 될 것이다.”

한국의 수소산업은 지난 몇 년간 수소활용 부문, 그중에서도 수소전기차와 발전용・건물용 연료전지 부문이 ‘하드캐리’했다고 볼 수 있다. 그런데 지금은 어떤가? 탄소중립을 위한 에너지 전환의 관점에서 인프라에 많은 투자가 이뤄지고 있고, 수소의 생산과 저장, 운송 부문에 진출한 기업과 기관들이 늘면서 국내 수소산업은 새로운 전환기를 맞았다.

여기에 현대차가 수소전기차 사업을 두고 ‘속도 조절’에 들어간 것도 큰 영향을 미쳤다. 지난해 현대차그룹은 글로벌 온라인 행사인 ‘하이드로젠 웨이브(Hydrogen Wave)’를 진행하면서 별도의 대규모 전시장을 마련해 트레일러드론, 비전FK 콘셉트카 등을 전시한 바 있다. 

이때가 정점이었다. 현대차그룹은 지난해 연말 연료전지사업부 조직 개편을 거쳐 3세대 연료전지 양산 시점을 당초 일정보다 4년이나 늦추기로 하는 등 수소사업 전략을 전면 수정했다. 
 
‘속도 조절’ 나선 현대차
올해 H2 MEET 전시회에 현대차는 수소전기트럭 청소차, 수소 멀티콥터드론을 전면에 내세웠다. 여기에 고속형으로 제작한 수소전기 경찰버스, 수소전기트럭 살수차를 전시했다. 지난해와 비교가 안 될 정도로 그 규모가 크게 줄었다. 수소 멀티콥터드론만 해도 지난 5월 ‘AAM(미래항공모빌리티) 테크데이’에 공개를 한 바 있다. 

‘프로젝트N’이란 이름으로 개발된 이 기체는 현대차의 연료전지시스템과 배터리를 적용했다. 대형 화면에 뜬 비행 영상으로는 그 크기를 가늠하기가 어렵다. 직경 6m에 이르는 거대 드론으로, 250kW 출력의 전기모터를 장착해 최대 이륙 중량이 700kg에 달한다. 

항공용이든 선박용이든 수소연료전지 파워팩은 모빌리티의 특성과 용도에 맞춰 따로 개발해야 한다. 또 큰 기체의 모빌리티를 움직이려면 기본적으로 연료전지 스택의 성능과 내구가 뛰어나야 한다. 

현대차가 속도 조절에 나선 배경은 이렇다. 수소연료전지 내구성 향상에 초점을 맞춰 개발을 추진했지만 성능 확보에 어려움을 겪었고, 수소전기차 시장이 기대만큼 빠르게 성장하지 않으면서 판매량 확보가 힘들어졌다. 

무엇보다 수소충전 인프라가 기대만큼 빠르게 올라오지 못했다. 여기에는 몇 가지 이유가 있다. 700bar 충전을 기본으로 하는 수소충전소 구축과 운영에 큰돈이 들고, 고압 설비의 특성상 과부하에 따른 압축기, 냉각기 등 주요 부품의 고장이 잦은 편이다. 또 수도권의 경우 주민 반대로 차고지에 수소충전소 건립이 힘들어지면서 수소버스 보급에 큰 차질을 빚었다. 

다만 연료전지시스템을 활용한 수소사업에는 새로운 변화가 감지되고 있다. 최근 독일 하노버에서 열린 세계 최대 상용차전시회인 ‘IAA 2022’에 이베코의 수소전기 대형 밴 ‘e데일리 수소전기차’가 첫선을 보였다. 바로 이 차량에 현대차의 수소연료전지시스템이 탑재됐다.

e데일리는 7톤급 밴으로 이베코그룹 산하 FPT 인더스트리얼의 최고출력 140kW급 전기모터와 현대차의 90kW급 HTWO 수소연료전지시스템이 들어갔다. 1회 충전 시 최대 350km를 주행할 수 있고 충전 시간은 15분 내외, 최대 적재량은 3톤이다. 

유럽연합 통계청인 유로스타트(Eurostat)에 따르면, 2018년 기준 유럽 도로 운송의 45%가 300km 미만의 거리에서 이뤄진 것으로 나타났다. 유럽 내 장거리 운송의 60%가 하루 500km 이하로 운행되는 만큼 순수전기차나 수소전기 하이브리드 형태의 상용차 기술이 현실적인 대안일 수 있다. 

이번 IAA 2022에는 다임러트럭도 참여했다. 다임러는 메르세데스-벤츠 순수전기배터리 대형트럭인 ‘e악트로스 롱홀’과 수소전기트럭 ‘GenH2’를 선보였다. GenH2는 뵈르트 공장의 트랙과 공공도로에서 테스트 중인 프로토타입으로 하노버 무역박람회장 인근의 쉘 수소충전소에서 충전하면서 일반인이 동승하는 시승 행사를 열기도 했다. 

이 트럭은 악트로스를 기반으로 하며 1회 충전으로 최대 1,000km 주행을 목표로 하고 있다. 이를 위해 40kg의 액화수소탱크 2개와 150kW급 연료전지시스템 2개가 장착될 예정이다. 다만 수소전기트럭의 양산 시점은 2020년대 하반기로 잡고 있다. 

다임러트럭은 볼보그룹과 함께 합작투자회사인 셀센트릭(Cellcentric)을 설립해 수소연료전지 개발에 전념하고 있다. 셀센트릭은 2025년에 유럽 최대 규모의 시스템 생산시설을 구축하겠다는 목표를 밝혔다. 상용차에 들어가는 연료전지의 성능과 내구성 확보에 오랜 시간이 걸리는 만큼 2030년에나 디젤트럭의 내구성에 준하는 기술을 확보할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 

연료전지 기술이 성숙 단계에 진입하려면 시간이 필요하다. 현대차가 3세대 연료전지 양산 시점을 2027년으로 잡은 데는 이런 배경이 있다. ‘퍼스트 무버’ 전략도 중요하지만, 수소차 보급을 위해서는 각국의 충전 인프라 확보, 무엇보다 청정수소의 원활한 공급이 꼭 필요하다는 점을 상기할 필요가 있다.

수소전기차를 제외한 지게차, 카트 등 비차량 모빌리티에 수소연료전지를 적용한 사례도 눈에 띈다. 먼저 SK플러그하이버스가 두산밥캣과 함께 개발한 수소지게차를 들 수 있다. SK플러그하이버스는 SK E&S와 미국의 수소 전문기업인 플러그파워의 합작법인이다. 두산밥캣의 지게차에 플러그파워의 연료전지 파워팩을 장착했다고 보면 된다. 

현대모비스는 30kW급 수소연료전지 파워팩을 탑재한 콘셉트카인 ‘엠비전 터그(M.Vision Tug)’를 공개했다. 현대모비스의 도심 공유형 모빌리티 콘셉트인 ‘엠비전’의 디자인을 계승했으며, 공항에서 항공기 계류 작업이나 수하물 운송에 투입되는 특수 차량으로 제작됐다. 바퀴가 달린 판을 의미하는 돌리(Dolly)를 연결해 확장성을 높였다. 

포스코인터내셔널의 자회사인 포스코모빌리티솔루션(구 포스코SPS)은 다용도 카트 전문 제작업체인 엠피에스코리아와 하이브리드 다용도 카트를 선보였다. 캔버스(Canbus)란 차량으로 리튬이온배터리와 수소연료전지(1.2kW)를 장착해 배터리 차량 대비 무게를 30% 줄이고 1회 충전 시 주행거리를 70km 이상으로 늘렸다. 

울산시가 ‘수소전기 하이브리드 버스개발 및 실증’ 사업으로 개발 중인 수소전기 하이브리드 버스도 주목을 받았다. 캐나다 루프에너지 사의 90kW급 연료전지시스템을 기반으로 타입3 수소저장용기를 상부에 적용했다. 350bar 수소충전으로도 시내 주행에는 무리가 없다고 한다. 

루프에너지는 IAA 2022에서 새롭게 개발한 120kW 연료전지시스템을 공개하기도 했다. 루프에너지는 이플로우(eFlow) 연료전지의 양극판 채널을 사다리꼴 모양으로 제작한다. 유로를 지나는 기체의 속도를 높여 연료 효율과 출력을 향상시켰다. 

캐나다는 연료전지에 강점이 있다. 발라드파워시스템즈만 해도 중국과 긴밀한 관계를 유지하면서 전 세계를 상대로 연료전지시스템 사업을 벌이고 있다. 도요타도 미라이의 연료전지시스템을 장착한 켄워스트럭으로 미 로스앤젤레스 항만에서 2년간 진행한 수소물류트럭 실증을 성공적으로 수행했다.

이처럼 부가가치가 높은 연료전지시스템을 국내외 시스템 사나 완성차 업체에 공급하는 형태로 사업을 추진하는 형태가 일반적이다. 현대차가 이베코에 HWTO 연료전지시스템을 공급하기로 한 것도 이런 흐름을 반영한다. 
 
‘수소충전 시장’ 기술 경쟁 치열
모빌리티 다음으로 눈여겨볼 시장은 수소충전 인프라다. 국내 최초로 버스노선 연계형으로 구축한 창원가포수소충전소는 시간당 50kg급 압축기 2대를 운영한다. 한 시간에 수소버스 4대를 충전할 수 있는 설비다. 하지만 차량 수가 수십 대로 늘면 이 정도로는 곤란하다. 

또 압축기나 냉각기, 밸브에 문제가 생겨 설비를 멈추게 되면 값비싼 차량과 인력을 그대로 놀려야 한다. 충전 인프라의 경우 고압 기술을 내재화하면서 성능과 내구를 높이고, 가격 경쟁력까지 갖춰야 하는 힘든 숙제를 안고 있다. 

국내 900bar급 수소압력용기는 미국 피바텍 제품이 독점하고 있다고 해도 과언이 아니다. 용기 발주가 한 업체에 몰리다 보니 제품 수급이 어려워 납기 지연을 호소하는 업체가 많았다. 충전소 구축 일정을 맞추려고 피바텍에 선주문을 넣으면서 시중 물량이 더 달리기도 했다.

에너진은 금속실린더 외부에 강선을 감는 와이어 와인딩(Wire Winding) 기술을 적용한 타입1 대용량 수소저장용기를 전시했다. 용기를 적층할 수 있어 공간을 적게 차지하는 이점이 있다. ASME 인증을 받은 자체 기술을 적용했으며, KGS AC111에 의한 한국가스안전공사(KGS) 인증을 받아 국내외 시장에서 상용화를 앞두고 있다. 

지난 30년간 수소와 각종 가스 운송용 튜브트레일러와 저장시스템을 전문으로 생산해온 에테르씨티(구 엔케이에테르)도 990bar 고압용기의 인증을 완료했다. 설비를 보완해 내년 2월부터 제품 공급에 나설 예정인 만큼 고압용기 시장에도 치열한 경쟁이 예상된다. 

애경케미칼과 손을 잡고 수소 운송용 450bar 타입4 컨테이너를 선보인 동서디앤씨도 있다. 애경케미칼이 개발한 탄소섬유에 함침성이 뛰어난 비닐에스테르 타입의 바인더 수지를 적용했다. 40피트 컨테이너 차량 한 대로 대량의 수소를 한 번에 운송할 수 있다. 동서디앤씨는 타입4 수소저장용기 인증이 올해 말이나 내년 초에 완료되는 대로 양산체계를 갖추고 수소용기 판매에 나설 방침이다.

롯데케미칼도 최근 롯데알미늄 인천공장 부지에 건식 와인딩(Dry winding) 기법을 국내 최초로 적용한 50리터급 타입4 탱크 양산 파일럿 설비를 구축했다. 이 탱크는 수소충전소용이 아닌 넥쏘용 중형 수소탱크로 볼 수 있다. 건식 와인딩은 경화에 시간이 걸리는 습식 와인딩 대비 제작 시간을 크게 단축시켜 생산효율이 높은 것으로 전해진다. 

수소압축기 시장의 경쟁도 치열하다. 크게 보면 다이어프램, 피스톤 방식의 압축기가 시장을 양분하고 있다고 볼 수 있다. 여기에 GHP시스템이 호기롭게 도전장을 냈다. 

린데는 이온성 액체로 수소를 압축하는 독특한 방식의 ‘아이오닉 5단 압축기’를 사용한다. 바로 이 아이오닉 액체를 피스톤 방식에 적용한 신개념 압축기를 선보였다. 

피스톤 방식은 실린더와의 마찰로 씰이 닳아 기체가 누설되거나 유압 구동부의 맥동 충격으로 유압펌프나 씰, 피팅 부위에 문제를 일으킬 소지가 있다. GHP시스템의 ‘피스톤 아이오닉 압축기’는 실린더 내부 피스톤 앞단에 채워 넣은 아이오닉 액체(유기용매)로 수소를 밀어낸다. 습식 환경에서 구동되기 때문에 씰 마모를 걱정하지 않아도 된다. 또 새롭게 디자인한 캠밸브를 적용해 맥동 충격을 크게 개선했다. 

삼정이엔씨가 주도하고 있는 냉각기 시장에도 새로운 경쟁자가 등장했다. 하이에어코리아는 수소충전용 공랭식・수랭식 저온 냉각기, 수소압축기용 냉각기, 수소충전소용 충전기, 이산화탄소 포집기를 이번 전시회에 선보였다. 냉각기의 경우 전국의 수소충전소 25곳에 납품될 정도로 좋은 반응을 얻고 있다.

액화수소 시장도 조금씩 기지개를 켜고 있다. 효성중공업은 린데와 함께 연산 1만3,000톤 규모의 액화수소플랜트를 울산에 건설 중이다. 내년 액화수소플랜트 완공 시기에 맞춰 울산에 제1호 액화수소충전소도 들어선다.

선박해양플랜트연구소(KRISO)는 하이리움산업, 한국조선해양, 포스코 등과 선박용 액화수소 연료탱크를 개발했다. 또 광신기계공업은 산업부의 에너지기술개발사업으로 시작한 ‘왕복동 수소펌프’ 시작품을 공개했다. 영하 253℃의 극저온 액화수소를 2단 압축을 통해 900bar의 압력으로 수소차에 충전할 수 있는 왕복동 펌프다. 내년에 김해시에 있는 한국기계연구원의 LNG극저온기계기술시험인증센터에서 액화수소 실증을 진행하게 된다.
 
‘그린수소’와 ‘암모니아’가 뜬다
이번 H2 MEET 전시회의 중요한 키워드 중 하나로 ‘그린수소’와 ‘암모니아’를 들 수 있다. 

오는 2050년까지 수소 700만 톤의 생산체계를 갖추기로 한 포스코그룹만 해도 고온에서 물을 전기분해해 수소를 생산하는 고온수전해 기술, 암모니아 크래킹(분해) 기술에 큰 관심을 두고 있다. 

고려아연은 호주 현지에서 태양광・풍력 등 신재생에너지를 활용해 그린수소를 생산하는 사업을 추진한다. 고려아연은 작년 3월 호주에 풍력발전 자회사인 아크에너지를 세우고 현지 신재생에너지 업체인 에퓨런을 인수한 바 있다. 친환경 에너지를 생산해 현지 제련 자회사인 선메탈(SMC)에 공급하고 2050년까지 연간 50만 톤의 그린수소를 생산한다는 목표로 투자를 강화하고 있다. 

호주의 그린수소 사업은 아크에너지를 중심으로 추진된다. 아크에너지는 퀸즐랜드주 보웬 남서쪽 지역에 최대 3GW 규모의 신재생에너지를 생산할 수 있는 ‘콜린스빌 그린에너지 허브’를 구축한다. 

고려아연은 이를 위해 지난 9월 21일(현지시간) 한화임팩트, SK가스와 함께 호주의 퀸즐랜드 주정부와 양해각서를 체결하면서 ‘한-호 수소 컨소시엄’을 발족시켰다. 호주에 연산 100만 톤 규모의 그린암모니아 공장을 세워 한국으로 수출할 계획이다.

그린수소는 암모니아로 유통될 가능성이 높다. 암모니아는 액화수소와 비교해 부피당 수소 저장 용량이 1.7배 크고 상온에서 쉽게 액화한다. 더 낮은 비용으로 수소를 수송, 저장할 수 있다는 뜻이다. 

암모니아는 혼소발전에 활용될 수 있다. LNG발전이나 석탄발전의 탄소배출량을 저감하는 대규모 수요처가 될 수 있고, 암모니아를 분해해서 얻은 수소를 충전소 등에 활용하는 것도 가능하다.

친환경설비 전문기업인 파나시아는 수소추출기 외에도 암모니아를 다시 수소로 전환해주는 ‘암모니아 수소추출기’의 개발을 완료했다. 암모니아 분해 반응기, 암모니아 제거기(TSA), 고순도 수소정제기(PSA) 등으로 구성된 장치로 KGS 인증을 받아 제조허가도 취득했다. 

고순도 특수가스 제조 전문기업인 원익머트리얼즈도 ‘충북 그린수소산업 규제자유특구’ 부스에 참여해 암모니아 기반의 수소연료전지 발전시스템과 수소충전소를 소개한 바 있다. 

유럽은 수소의 생산과 저장, 충전 인프라를 탄탄히 다져왔고 이를 기반으로 수소전기차나 수소엔진 차량 같은 모빌리티 사업을 추진하고 있다. 국내 수소시장은 거꾸로 왔다고 볼 수 있다. 

지난해를 기점으로 ‘수소모빌리티+쇼’에서 ‘플러스(+)’가 중요해졌다. 전주기 수소생태계로 보면 당연한 변화이며, ‘H2 MEET’는 그 변화를 반영한 새 이름인 셈이다. 

정부가 ‘원전’을 청정수소에 포함시키기로 하면서 또 다른 변화가 예상된다. 수소산업이 정부 정책에 큰 영향을 받는 만큼 그 변화를 예의 주시할 필요가 있다.