2022.09.24 (토)

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발전용 연료전지 시장, 치열한 경쟁 예고…‘MCFC’의 귀환

퓨얼셀에너지-포스코에너지, 소송에 최종 합의
퓨얼셀에너지, 한국‧아시아 시장서 ‘영업 재개’
‘두산퓨얼셀 vs 블룸SK퓨얼셀’ 구도에 균열…‘3파전’ 예상
SOFC‧SOEC 기술개발 한창 진행 중
스택에서 탄소포집…탄소정제기 운영 가능

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[월간수소경제 성재경 기자] 그동안 포스코에너지와 법정 공방을 벌여온 퓨얼셀에너지(FuelCell Energy, 이하 FCE)가 지난해 연말 사업 재개를 두고 최종 합의했다는 소식이 전해졌다. 이는 곧 FCE가 주도적으로 국내 발전용 연료전지 시장에서 용융탄산염 연료전지(MCFC) 영업을 재개할 수 있게 됐다는 뜻이다. 


FCE가 포스코에너지와 맺은 주요 합의사항을 보면, FCE가 아시아 전역에서 자사 플랫폼 기술을 판매할 수 있는 독점권을 보유하고, 포스코에너지의 FCE 기술 판권은 해당 기술이 이미 설치된 국내 고객에 한해 유지되며, 그 외 국내 신규 고객과 아시아 지역에 공급되는 MCFC 기술에는 적용되지 않는다. 또 시장접근성과 무관하게 협상이 진행 중인 2건의 소송을 제외한 양사 간의 모든 소송은 완전하게 최종 합의된 것으로 간주된다. 


FCE 제이슨 퓨(Jason Few) 대표이사는 이번 합의를 두고 이렇게 말했다. 


“당사는 포스코에너지의 기존 고객, 즉 장기서비스계약(LTSA)에 따라 모듈 교체와 정비 서비스 라이선스를 유지하고 있는 고객을 제외하고 한국과 아시아 지역에서 제한 없는 영업활동을 할 수 있게 됐다. 포스코와의 분쟁에 따른 불확실성 우려를 해소하면서 한국과 아시아 전역의 고객을 대상으로 차별화된 연료전지 플랫폼을 제공할 수 있게 됐다. MCFC를 비롯한 다양한 분산형 수소 플랫폼을 소개할 수 있게 됐다는 점에서 기대가 크다.”

 

퓨얼셀에너지, 포스코와 최종 합의로 ‘영업 재개’

미국 코네티컷에 본사를 둔 퓨얼셀에너지는 MCFC 원천기술을 보유하고 있다. 포스코에너지는 지난 2007년 FCE로부터 MCFC 기술을 이전받아 단계적으로 국산화에 들어갔다. 포스코에너지는 2008년 포항에 MCFC 주변보조기기(BOP) 제조공장을 세웠고, 이후 2011년에 연료전지의 몸체에 해당하는 스택 생산공장을, 2015년에는 셀 제조공장을 차례로 세우고 단일 사업장 기준으로 세계 최대 규모인 50MW 생산시설을 갖췄다. 




하지만 그 관계는 오래가지 않았다. 사업 초기 MCFC 스택의 품질 문제가 불거지면서 잡음이 일기 시작했다. 스택 교체 과정에 큰 비용이 들면서 포스코에너지는 2014년에 적자로 전환했고, 사실상 추가 수주가 어렵다는 판단 하에 영업 활동을 전면 중단했다. 


무주공산이 되어버린 연료전지 시장에 깃발을 꽂은 건 인산형 연료전지(PAFC) 기술을 갖춘 두산퓨얼셀이었다. “판은 포스코에너지가 깔고, 판돈은 두산퓨얼셀이 챙겼다”는 우스갯말이 돌기도 했다. 이후 SK가 3세대 기술로 통하는 블룸에너지의 고체산화물 연료전지(SOFC)를 발전시장에 들여오기 전까지 국내 발전용 연료전지 시장은 PAFC의 독주체제였다.


FCE와 포스코에너지가 갈라선 결정적인 계기는 한국퓨얼셀 설립에 있다. 포스코에너지가 연료전지 부문을 따로 떼어내는 물적분할로 자회사인 한국퓨얼셀을 설립하자 FCE는 이를 계약위반으로 판단하고 계약해지를 통보했다. 이렇게 사이가 틀어지면서 법정에서 얼굴을 붉히는 사이가 됐다. 


제이슨 퓨 대표이사는 지난해 1월 <월간수소경제>와 진행한 서면 인터뷰에서 “포스코에너지가 시장을 방치하는 동안 PAFC, SOFC 기술을 포함한 경쟁 기술이 시장에 진출하고 발전해왔다”고 말했다.


“우리는 북미 시장에서 계속 경쟁해왔기 때문에 당사의 연료전지가 경쟁 기술 대비 확실한 장점을 가지고 있다는 점을 잘 알고 있다. 열병합 발전 응용 분야에서 FCE의 기술이야말로 확실한 선택이며 선호되는 기술이라고 생각한다. 또 우리는 자체 SOFC 플랫폼의 상용화를 진행 중이다. 이 새로운 애플리케이션은 분산형 수소 인프라를 강력히 지원하는 한편, 기존 배터리를 대체하는 새로운 장기 에너지저장의 대안이 될 것으로 기대하고 있다.”


연료전지는 스택의 운전온도가 높을수록 발전효율이 높다. 발전용 연료전지 시장의 보증효율을 보면 PAFC 41%, MCFC 46%, SOFC 56% 순이다. 발전효율만 보면 SOFC가 가장 뛰어나지만, 열병합 발전을 더한 종합 에너지효율을 고려하면 PAFC와 MCFC도 충분한 경쟁력이 있다. 여기에 10년 장기로 가는 LTSA 비용도 이 사업에선 중요한 고려 대상이다.


신재생에너지 공급의무화제도(RPS)에서 연료전지의 REC는 1.9를 적용받는다. 여기에 종합 효율이 65% 이상일 경우 REC에 0.2의 가중치를 부여해 2.1을 적용받게 된다. FCE는 천연가스를 개질한 수소로 전기와 열, 수소를 공급하는 ‘트라이젠’ 기술을 이미 확보하고 있어 시장에서는 두산퓨얼셀의 직접적인 경쟁자로 본다. PAFC 대비 발전효율이 5% 정도 높고 중온수가 아닌 스팀을 공급받아 열효율도 좋다. 




올해 국내 발전용 연료전지 시장은 기존 ‘두산퓨얼셀 vs 블룸SK퓨얼셀’ 구도에 FCE가 가세하면서 ‘3파전’으로 흐를 가능성이 높다. FCE의 영업 재개와 신사업 전략이 국내 연료전지 시장이 미치는 영향이 큰 만큼, 향후 전망을 위해 미국 FCE 본사와 서면 인터뷰를 진행했다.



Q_ 포스코에너지와 맺은 합의에 대해 좀 더 자세히 말해달라. 국내에서 운영 중인 슈어소스(SureSource) 모듈 최소 20개의 교체 조건이 들어 있는 걸로 안다.

최근에 맺은 합의서에서 한국과 아시아 전역에서 MCFC에 대한 FCE의 기술판권이 재확인된 점을 매우 고무적으로 생각한다. 포스코에너지로부터 FCE의 솔루션을 구매한 기존 고객을 대상으로 모듈을 교체할 수 있게 된 점도 큰 의미가 있다. 포스코에너지는 더 이상 당사의 기술을 제조할 권리가 없다. FCE는 기존 포스코에너지 고객이 양질의 서비스를 받을 수 있도록 최선을 다할 것이다.


이번 합의서에는 포스코에너지가 올해 10월 31일(퓨얼셀에너지의 2022 회계연도) 안에 FCE로부터 20개의 모듈을 의무적으로 구매해야 한다는 내용이 담겨 있다. FCE의 모듈은 4개의 연료전지 스택과 가스분배 배관이 포함된 패키지로 구성된다. 모듈은 전력 생산에 사용되면서 수년에 걸쳐 출력이 점점 떨어진다. 


이때 기존 모듈을 교체하는 것이 경제적으로 타당할 만큼 출력이 저하되면 기존 모듈을 새것으로 교체하게 된다. 모듈이 든 인클로저나 가스분배 장치 등 많은 부품을 그대로 쓸 수 있다. 또 수명이 다한 셀은 새로운 연료전지 스택을 만드는 등 다양한 용도로 재활용된다.




Q_ 경기도 화성의 경기그린에너지(58.8MW), 서울 상암의 노을그린에너지(20MW) 등 포스코에너지와 LTSA를 맺은 업체들과의 관계 설정은 어떻게 되나? 한국퓨얼셀에서 전적으로 AS를 맡고 일체 관여하지 않게 되나?

고객사들과 LTSA를 체결한 주체인 포스코에너지가 관련 현황을 공지하는 것이 맞다고 본다. 이번 합의서에 따르면 2022년 12월 31일까지 FCE는 포스코에너지의 기존 LTSA 고객에게 모듈 교체를 제공하지 않는다고 규정돼 있다. 포스코에너지가 올해 말까지 기존 고객들과 LTSA를 갱신하지 않는다는 조건 하에 FCE가 포스코에너지와 협력해 해당 고객들에게 신규 LTSA나 모듈 판매 서비스를 제공할 수 있다.


또한 이번 합의에 따라 FCE는 포스코에너지의 기존 고객사를 포함한 모든 고객을 대상으로 새로운 연료전지 사업을 추진할 수 있다. FCE는 입찰 제안이나 공고, 고객과의 직접적인 마케팅, 사업개발을 통해 당사의 차별화된 기술 솔루션을 한국과 아시아 시장에 제공할 수 있게 됐다. 이런 변화를 크게 반기며, 그 전망을 밝게 보고 있다.

 



Q_ 한국을 포함한 아시아 시장에 대응하려면 AS팀, 생산팀을 비롯해 새로운 영업망 조직이 필요해 보인다. 이런 준비를 어떻게 하고 있나?

지난 2012년부터 한국에 담당 팀을 운영해왔고, 올해부터 지속적으로 조직을 확대할 예정이다. 본 팀은 한국남부발전이 1단계로 조성한 20MW 신인천빛드림 연료전지단지에 투입되어 2018년 6월부터 서비스를 제공하고 있다. 인천 현장은 한 기당 2.5MW인 슈어소스 3000 8기로 구성되어 있고, 전기와 더불어 지역난방에 필요한 열에너지를 함께 공급한다. 


FCE는 한국 시장이 아시아뿐 아니라 글로벌 연료전지 시장에서 차지하는 위상을 매우 높게 본다. 지난 10여 년간 한국 정부와 관련 산업계, 고객사들은 청정에너지 신기술을 도입하고 비즈니스 모델을 혁신해왔다. 세계가 탈탄소화의 대안으로 수소에너지를 적극 도입하고 있는 만큼 한국은 수소 산업의 선두에 있다고 볼 수 있다. 


FCE는 한국 시장에서 안정적인 입지를 다질 계획이다. 고객 맞춤형 서비스를 제공하는 것이야말로 FCE의 가장 중요한 역할이기 때문이다. 미국과 유럽에 연료전지시스템 글로벌 서비스 지원팀을 운영하고 있는 것처럼 한국팀의 역량도 확대해 나갈 계획이다.


이 전략은 강력한 지역 파트너십 구축을 포함한다. FCE 고유의 강점과 지역 파트너사의 역량을 모아 고객을 위해 활용할 계획이다. 여기에는 FCE 한국 현지법인의 인력 충원과 고객 서비스, 비즈니스 개발 부문의 확대가 포함된다. 이를 위해 최근 한국 시장에서 사업 개발을 전담할 임원을 처음으로 채용한 바 있다. 


FCE는 한국 기업들과 강력한 파트너십을 맺기를 원하지만, 서비스 품질 보장을 위해 당사의 핵심 역할을 외주를 통해 수행하지는 않을 방침이다. 한국이 중요한 시장인 만큼 당사의 인지도를 쌓고 비즈니스 프로필을 확대하는 과정에 직접 참여할 계획이다.

 

Q_ 포스코에너지(한국퓨얼셀)와 협력해 포항공장의 시설이나 인력을 활용하는 안이 들어 있는지 궁금하다.

이번 합의서에는 한국퓨얼셀과 협력할 수 있는 몇 가지 분야가 명시되어 있다. FCE는 한국퓨얼셀과 협력할 수 있는 기회를 한국의 다른 회사들과 공정하게 비교 평가해서 상업적으로 더 나은 결정을 내리게 될 것이다. 합의서에 한국퓨얼셀 포항공장과 관련한 여러 가능성이 언급되어 있지만, 의무계약이나 확약에 대한 내용은 없다. 다만 당사는 이 부분을 지속적으로 검토할 예정이다.

 



Q_ 기술 안정화로 MCFC 스택의 평균 교체주기가 7년으로 늘었다. 그동안 기술적으로 개선된 부분이 있다면 알려달라.

당사의 MCFC 플랫폼은 기본적으로 PAFC보다 효율이 높다. 우선 고온 연료전지 스택의 효율이 더 높고, 연료전지 폐열회수장치를 활용해 연료를 더 효율적으로 수소로 변환할 수 있다. 또 MCFC 플랫폼에는 더 높은 등급의 폐열이 있어, 증기나 흡수냉각 등 열 응용 분야에 다양하게 사용될 수 있다. 


스택의 수명을 5년에서 7년으로 늘릴 수 있었던 부분은 지속적으로 추진하고 있는 제품 개선 프로그램의 결과라 할 수 있다. 당사는 이와 별도로 폐열 활용도와 전기효율을 높인 SOFC 제품을 개발 중에 있다.

 

Q_ 이제 신규 고객을 대상으로 영업할 수 있게 됐다. 어떤 형태로 사업 재개에 나설 방침인가?

당사의 한국 시장 재진입 발표에 대한 시장의 반응을 보면서 큰 기대를 갖게 됐다. FCE의 연료전지 솔루션은 한국 시장의 산업용, 주거용 난방에 필요한 증기를 공급할 수 있는 유일한 기술이다. 


당사의 메가와트(MW)급 플랫폼은 한국에서 선호하는 대규모 프로젝트에 최적화된 구성요소를 제공한다. 현존하는 세계 최대 MCFC 연료전지 플랫폼은 경기도 화성의 경기그린에너지에 배치되어 있는 59MW 연료전지단지로, 북미 최대인 코네티컷주 브리지포트시의 15MW 플랫폼보다 네 배나 크다.


MCFC 연료전지의 이산화탄소 분리 능력은 탄소 배출 감축이라는 과제에 직면한 한국 기업들이 탄소 분리와 청정에너지 발전을 동시에 진행할 수 있는 효과적인 해결책을 제시한다. 분리·포집된 이산화탄소는 콘크리트, 드라이아이스 제조 등 다양한 분야에 사용될 수 있다.


또한 FCE 솔루션에는 두 가지 고온 전기 플랫폼에 최적화된 고유의 성능이 있다. 타사의 연료전지가 수소생산에 물을 필요로 하는 반면, 당사의 플랫폼은 그린, 블루, 그레이 수소와 정제수를 동일한 플랫폼에서 생산할 수 있는 유일한 기술력을 갖추고 있다. 또 탄소를 포집하는 동시에 전력을 생산할 수 있는 세계 유일의 플랫폼 기술을 보유하고 있다. 반면, 타사의 탄소포집 기술은 탄소를 포집하기 위해 상당량의 전기를 필요로 한다. 이는 설치비를 높이고, 전력망에 넣거나 산업용으로 사용할 수 있는 전력량도 줄어들게 된다. 


FCE는 SOFC의 상용화를 앞당기기 위해 힘쓰고 있으며, 전기를 수소로 변환하는 수전해 효율 90% 이상, 폐열을 활용할 경우 100%의 수전해 효율을 달성할 수 있음을 실증으로 증명했다. 알칼라인 수전해, 고분자전해질막(PEM) 수전해보다 성능이 뛰어나며, 지금껏 공개된 그 어떤 SOFC 제품보다 뛰어난 수치에 든다.

 

Q_ 현재 MCFC에 CCUS를 위한 탄소포집 설비를 추가하는 기술을 갖추고 있다는 뜻인가? 

보일러나 발전기 등을 통해 외부에서 생성되는 이산화탄소를 포집하는 기술을 기존 모듈에 개장(retrofit)할 수는 없다. 반면에 MCFC 모듈 안에서 발생하는 탄소를 분리하는 기능을 추가하는 작업은 스택을 교체하는 과정에서 구형 모델에도 쉽게 적용할 수 있다. 


개장 비용은 요구하는 탄소 순도에 따라 차이가 있지만, 발전소 전체 비용에서 차지하는 비중은 아주 낮다고 할 수 있다. 일종의 탄소정제기(carbon purification equipment)를 운영하는 데 MCFC로부터 발전되는 전력의 일부가 쓰이게 되며, 전력 사용량은 탄소의 순도, 운영자가 원하는 탄소포집율에 따라 달라진다.

 

Q_ 블룸에너지만 해도 고온 SOEC, 수소 전용 SOFC 등 새로운 기술을 개발해 국내외에서 실증을 진행 중이다. FCE도 이런 추세를 적극 따르고 있다. 어떤 프로젝트를 진행했고, 어떤 성과를 내고 있는지 궁금하다.

전기, 수소, 물(난방수)을 동시에 생산할 수 있는 트라이제너레이션(Trigeneration) 기술이 캘리포니아 롱비치 항구에서 도요타의 첫 상업 프로젝트에 적용됐다. 개발 단계와 실증 사업을 거쳐 곧바로 상업 현장에 쓰이고 있다. 




현재 코네티컷주 댄버리시의 한 시설에서 고체산화물 수전해시스템(SOEC) 실증 프로젝트를 운영하고 있으며, 올해 말 미 에너지부(DOE) 국립연구소에서 시험을 진행할 예정으로 더 큰 실증 시스템을 구축하고 있다. 당사는 아시아를 포함한 전 세계 초기 상업 프로젝트에 적극적으로 참여할 의사가 있다. 


또 수전해를 통한 수소생산, 이 수소로 전력을 생산하는 발전이 교차로 작동하는, 수소연료 발전과 가역운전을 위한 고체산화물 시스템도 개발해왔다. 이런 형태의 에너지 저장·활용 방식이 올해 말에 완전한 시스템으로 시연될 예정이다. 이번 실증은 수소연료전지 시장에서 당사만이 가진 장점을 잘 보여줄 것이다. 


이미 펜실베이니아주 피츠버그시에 있는 고객사에서 천연가스를 연료로 한 SOFC 데모 프로젝트를 실행했으며, SOFC 제품 개발에 초점을 둔 미 에너지부의 실증 사업이나 FCE의 자체 프로젝트를 진행 중에 있다. 최종 목표는 아시아를 아우르는 모든 시장에서 초기 상업용 SOFC 프로젝트를 수행하는 것이다.


아시아에서 우선순위로 생각하고 있는 시장은 한국과 일본이다. 두 나라는 해외 자원에 대한 의존도가 높다는 공통점이 있다. 이 때문에 에너지 효율을 극대화하고 재생 가능 에너지와 현지 에너지 사용 비중을 높이는 데 중점을 두고 있다. 한국과 일본의 고객에게 FCE의 수소연료전지는 이상적인 방안이 될 수 있다. 양국은 아시아 시장 진출을 위한 교두보라 할 수 있다. 

 


Q_ 천연가스를 개질할 때 발생하는 이산화탄소 때문에 그레이수소 지적에서 자유롭지 않다. 이 문제를 어떻게 보고 있는지 궁금하다.

최근에 나온 기후 투명성 보고서에 따르면, 한국의 전체 온실가스 배출량에서 전력발전 산업이 차지하는 비중이 약 40%로 가장 크다. 한국의 에너지믹스를 보면 석탄 37%, 천연가스 26%, 석유 1%, 재생에너지 7%, 원자력 28%로 구성되며, 1MWh당 약 415kg의 이산화탄소를 배출하는 것으로 나온다. 


FCE의 열병합 솔루션은 기존 발전 형태에 비해 탄소배출량이 평균 20%나 적다. 원자력, 재생에너지와 달리 당사의 연료전지 솔루션은 화석연료로 발전한 에너지라는 점에서 실제 탄소 저감량이 더 크다고 볼 수 있다. 


물론 풍력이나 태양광 같은 재생에너지의 경우에는 탄소 배출이 훨씬 적다. 하지만 재생에너지 설비의 가동시간은 FCE 시스템의 30%가 채 되지 않는다. 또 풍력이나 태양광은 간헐성의 한계가 있고, 전기를 저장하거나 송전하는 데 드는 설비나 비용을 고려해야 한다. 


연료전지는 공간 효율에도 이점이 크다. 태양광발전과 비교해 훨씬 좁은 공간에서 많은 양의 전기를 생산할 수 있다. 바이오메탄 연료나 탄소 포집 기술을 적용할 경우 FCE의 연료전지는 탄소 배출량을 제로 수준에 맞출 수 있다. 이런 여러 가지 요인을 반영해서 환경에 미치는 영향과 효율성을 따져야 좀 더 정확한 평가가 가능하다.





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