2022.06.13 (월)

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소형 수소모빌리티 ‘맞춤’ 충전인프라, 시장 진입 ‘초읽기’

드론・지게차 등 소형 모빌리티에 수소연료전지 적용 확대
소형 모빌리티용 수소충전인프라 개발 필요성 제기
에이치앤파워, 소형 모빌리티용 수소추출기 개발
비티이, 일체형 수소충전장비로 해외 진출 추진

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[월간수소경제 이종수 기자] 지난 2018년 3월 수소승용차 ‘넥쏘’가 출시된 이후 버스, 트럭 등 상용차 부문으로 수소차 보급이 확대될 전망이다. 이에 따라 수소충전소도 점차 늘어나는 추세다. 지난해 말 기준 전국 수소충전소(고정식)는 140기가 구축됐다. 하루 250kg 이상 규모의 충전소로, 현재 법적으로(고압가스안전관리법 시행규칙) 도로를 운행하는 수소자동차만 충전이 가능해 수소승용차와 수소버스가 충전소를 이용 중이다.  

수소차뿐만 아니라 드론, 지게차, 열차(트램), 보트 등 다양한 모빌리티에 수소연료전지 적용이 확대되고 있다. 그러나 국내에는 이러한 수소 모빌리티의 상용화에 적합한 수소충전인프라 개발이 전무한 게 현실이다.

수소 지게차・무인운반차 등 산업현장의 수소 모빌리티의 경우 산업부 특례고시(융복합, 패키지형 및 이동식 자동차충전소 시설기준 등에 관한 특례기준)를 통해 도입할 수 있는 이동식 수소충전소가 수소공급 서비스를 제공할 것으로 기대되지만 고정식 수소충전소와 마찬가지로 충전 대상이 수소자동차로만 한정되어 있어 수소지게차 등에는 충전이 불가하다.



이동식 수소충전소는 대형트럭 1대에 저장용기, 압축기, 충전기 등을 모두 장착해 여러 장소를 이동, 주차한 후 충전하는 방식이다.    

울산 수소 그린모빌리티 규제자유특구에서는 수소 물류운반기계와 이동식 수소충전소에 대한 안전기준을 마련해 특례고시를 추진, 사업화 기반을 마련하기 위해 수소지게차・무인운반차와 이동식 수소충전소 실증이 진행되어 왔다. 이동식 수소충전소의 수소저장량은 최대 45kg으로, 1시간에 수소 지게차(1.5kg) 10대까지 충전이 가능하다. 

이 같은 상황에서 온사이트 소형 수소충전소와 일체형 수소충전장비가 개발돼 이목이 쏠리고 있다.
 
에이치앤파워, 온사이트 소형 수소충전소 개발
수소연료전지 전문기업 에이치앤파워(대표 강인용)는 올해 수소 지게차·드론·스쿠터 등의 소형 모빌리티를 충전하기 위한 수소충전소를 출시할 계획이다. 

에이치앤파워는 지난해 7월 수소지게차를 개발한 가온셀과 국내 최초로 수소 지게차·충전소 실증사업 공동수행을 위한 기술개발과 사업협력을 위한 양해각서(MOU)를 체결한 바 있다.  

에이치앤파워는 지난 2009년 9월 KAIST의 수소추출・연료전지 기술을 바탕으로 스핀오프 창업해 연료전지와 수소충전 기술을 동시에 개발하고 있다. 단순히 수소추출기, 연료전지, 수소충전설비 등의 단일 기술・제품을 개발・판매하는 것에 그치지 않고, 이들 기술과 제품을 한 데 모은 ‘수소용복합 스마트 E-비즈니스 모델(PRG 시스템)’을 개발해 ‘스마트 수소에너지 커뮤니티 사회’를 구현하는 것이 최종 목표다. PRG 시스템에서 ‘P’는 수소생산, ‘R’은 수소충전, ‘G’는 수소연료를 이용한 발전을 뜻한다. 

이와 관련해 에이치앤파워가 관심을 갖고 있는 수소충전소 형태는 융복합 수소충전소와 스마트스테이션이다. 현재 국내 수소충전소는 외부에서 탱크로리로 수소를 공급받아 압축기, 수소저장탱크 등의 설비를 거쳐 수소차에 충전하는 단독 방식이다. 그러나 수소차의 수요가 늘어나는 경우 효율적으로 대응하기 어렵다. 

결국 수소충전소 현지에서 수소를 지속적으로 생산・공급할 수 있는 ‘온사이트 융복합 수소충전소’가 대안이 될 것이라는 게 에이치앤파워 측의 설명이다. 

온사이트 융복합 수소충전소는 CNG, LPG, 바이오가스 등 다양한 연료원에서 수소를 생산하는 수소추출기, 수소차에 충전하는 수소충전설비, 수소연료를 이용해 전기와 열을 생산하는 연료전지가 하나의 시스템으로 구성된 충전소이다. 

에이치앤파워는 종국에 이러한 융복합 수소충전소에 재생에너지 기반 수전해 수소생산설비까지 결합하고, 연료전지를 통해 생산된 전기를 전기차 충전에도 활용하는 시스템까지 구현하는 ‘스마트스테이션’을 계획하고 있다. 

이에 따라 이미 10N㎥/h급 수소추출기와 3kW급 SOFC를 개발한 데 이어 현재 수소생산(수소추출기)과 발전(3kW SOFC)을 결합한 ‘PG 패키지’ 제품과 ‘패키지형 수소충전소’를 개발 중이다. 



에이치앤파워는 초기 시장에서는 10N㎥/h급 수소추출기와 패키지형 수소충전소를 시장에 제안할 예정이다. 지난 1월 17일 국내 최초로 수소 지게차·드론·스쿠터 등의 소형 모빌리티용 수소추출기 개발을 완료했다고 밝힌 바 있다.

이 회사가 개발한 10N㎥/h급 수소추출기(도시가스 이용) ‘하이지 10(HyGTM 10)’은 하루 수소생산량이 24kg으로, 수소승용차 ‘넥쏘’ 5대나 수소지게차 14대를 충전할 수 있는 규모다. 특히 1년간의 자체 실증 이후 ‘ISO 14687-2(차량용 PEMFC 연료 국제규격)’에 근거해 한국표준과학연구원의 수소순도 공인시험평가를 실시한 결과 수소농도 99.9994%, 일산화탄소 농도 0.03ppm을 달성해 PEMFC를 활용하는 다양한 모빌리티 적용 가능성을 인정받았다.

강인용 에이치앤파워 대표는 “하이지10은 탈황・개질기와 정제기를 포함하고 있고, 정제 후 배기가스에 남은 열원을 회수해 수소추출 효율을 극대화했다. 작동 중 수소누출에 의한 위험성 및 환기특성 등의 안전설계를 고려한 국내 최초 소형수소추출기 모델”이라며 “특히 기존 시장에 출시된 일본의 소형추출기 모델(도쿄가스 Suidel, 오사카가스 Hyserve-5 ; 5N㎥/h 용량) 대비 수소생산량이 2배 커 경제성이 뛰어날 것으로 기대된다”고 설명했다.



에이치앤파워는 소형 모빌리티 및 직접수소연료전지 시장에 하이지10을 적용키로 했다. 특히 올해 충북도와 함께 산업부의 ‘공공건물 대상 수소추출기 연계형 연료전지 안전실증’ 사업에 하이지10을 적용해 직접수소연료전지와 연계한 건물용 발전실증에 착수할 예정이다. 

아울러 올해 한국가스공사와의 협력사업을 통해 하이지10 기술을 고도화하고, 지난 2월 5일부터 수소법 안전분야가 시행됨에 따라 한국가스안전공사의 안전 규격(KGS AH 171, 수소추출설비 제조의 시설·기술·검사 기준)에 대한 인증을 획득해 최종 제품화를 완료할 계획이다. 

향후 상압・가압 및 다양한 원료를 이용한 수소추출기 후속모델을 연이어 출시해 수소추출기 시장을 확대하는 한편 소형 모빌리티 솔루션 역할을 지속하는 범위 내에서 스케일업(20~30N㎥/h급)을 위한 개발을 추진한다는 계획이다. 

에이치앤파워는 도시가스뿐만 아니라 가솔린・디젤 등 액체연료를 이용한 수소추출 기술을 이미 확보한 데 이어 한국지역난방공사와 함께 폐비닐・플라스틱 등의 폐기물 활용 수소추출기술(W2H) 개발을 진행 중이다. 

강 대표는 “하이지 10은 관공서 등의 주차장에 설치 시 약 4대 이상의 수소전기차를 상시 충전할 수 있고, 생산된 수소와 직접수소연료전지의 연계를 통해 약 10kW 이상의 출력으로 5대 이상의 전기차도 상시 충전할 수 있을 것으로 판단하고 있다”고 밝혔다.


에이치앤파워가 개발 중인 패키지형 수소충전소는 압축기, 수소저장용기, 칠러, 수소충전기(디스펜서) 등의 설비를 컴팩트하게 묶은 것이다. 현재 한국철도기술연구원의 수소열차 개발 관련 과제에 참여 중인 에이치앤파워는 수소열차 충전을 위한 패키지형 수소충전소(하루 80kg 규모)를 올 상반기에 준공할 예정이다.

에이치앤파워와 함께 수소 지게차・충전소 실증사업을 진행 중인 가온셀은 국내 최초로 5kW급 수소지게차를 개발하고, 2020년 11월 KS 인증을 획득한 바 있다. 가온셀은 울산 ‘수소 그린모빌리티 규제자유특구’에서 진행된 수소지게차 실증사업의 주관기업이다.

강 대표는 “가온셀과의 실증사업을 통해 올해 수소 지게차・드론・스쿠터 등의 소형 모빌리티를 충전하기 위한 수소충전소를 출시할 예정”이라며 “상용화를 위한 규제개선과 정부 지원을 이끌어내기 위해 가온셀과 긴밀히 협력할 것”이라고 밝혔다. 



해외에서도 대표적으로 지게차에 소형 수소추출 솔루션이 적용되고 있다. 일본의 경우 오사카가스의 5N㎥/h급 수소추출기 ‘Hyserve-5’와 YAMATO의 충전 장비를 패키징하여 수소지게차 충전에 활용하고 있다. 

미국의 경우 아마존과 월마트에 자사의 수소연료전지를 탑재한 지게차를 독점 공급하는 등 미국 내 수소지게차 시장점유율 95%라는 압도적 경쟁력을 자랑하는 플러그파워가 지난 2018년 소형 충전 솔루션을 우정청에 설치해 실증한 바 있다. 실증에 따르면 수소지게차와 소형 온사이트 충전기의 경우 기존 전기지게차와 오프사이트 충전기와 비교했을 때 초기투자 비용에도 불구하고 노동 생산성과 생산비용 측면에서 가격 경쟁력이 있는 것으로 나타났다.
 
비티이, 일체형 수소충전장비 개발 
수소연료전지, 수소드론 및 설계와 제어프로그램 등에 관한 전문가들이 모여 2020년 11월에 설립된 비티이(대표 심규정)는 소형 수소 모빌리티를 위한 일체형 수소충전장비를 개발했다.

비티이는 수소충전장비 등에 관한 설계기술, 수소솔루션에 특화된 제어 알고리즘 및 운영 S/W 개발기술, 레이저 측정을 통한 수소용기 상태 파악 알고리즘, UI 등의 소프트웨어 개발 및 운영 기술, 수소충전장비 전용 냉각장치 개발기술, 수소에너지 솔루션에 관한 전체적인 시스템 통합 기술 등을 보유하고 있다.

이러한 기술력을 바탕으로 △수소충전장비 제조・공급사업 △중소형 연료전지 및 파워팩, 파워보드, 컨트롤러 등을 제작・공급하는 수소연료전지 관련 사업 △P2G 기술을 중점으로 하는 수소에너지 솔루션 사업을 추진하고 있다.  



심규정 비티이 대표는 수소충전장비 사업과 관련해 “수소자동차뿐만 아니라 드론, 지게차, 자전거, 트랙터, 보트 등으로 수소 모빌리티 개발이 확산되는 추세지만 수소자동차가 전용 수소충전소를 갖춘 것과는 달리 드론, 지게차 등 소형 수소 모빌리티는 전용 충전시설(장비)을 갖추지 못한 것이 현실”이라며 “수소드론, 수소지게차 등도 전용 충전설비의 필요성이 커짐에 따라 소형 수소 모빌리티용 일체형 수소충전장비를 개발하게 됐다”고 밝혔다.  

이 제품은 수소저장소, 압축기, 냉각장치, 제어장치, 디스펜서 등을 일체형으로 개발한 것이다. 크기는 168cm(L) × 80cm(W) × 196cm(H), 무게는 500kg 이하로 음료수 자동판매기 정도 규모다. 충전압력은 350bar급이다.

설치비와 설치면적, 유지관리비용 등이 적게 들고, 직관적 UI(User Interface)로 사용자 편리성을 강화한 것이 장점이다. 제품 하단에 롤러(roller)를 설치해 어느 장소로든 이동이 쉽다. 

충전방식은 현재는 2가지다. 

우종현 비티이 이사는 “수소드론과 같이 수소실린더 탈착이 가능한 것은 충전장비 내에서 충전할 수 있고, 수소지게차 및 수소자전거와 같이 수소용기 탈착이 안 되는 경우는 수소 충전건으로 직접 충전하는 방식이다. 충전장비 하단의 추가 포트를 이용해서도 충전이 가능하도록 지원할 수 있고, 고객의 요청에 따라 충전 방식을 다양하게 맞춤형으로 공급할 수 있다”라며 “궁극적으로 최고 옵션인 수전해장비가 탑재된 모델도 시장에 공급한다는 목표로 추가 연구개발을 진행할 예정”이라고 밝혔다.  

해외 제품 대비 경쟁력이 있다는 게 비티이 측의 판단이다.

심 대표는 “북미에서는 수소지게차가 아마존, 월마트, 코카콜라 등의 물류창고를 중심으로 많이 사용되고 있다. 수소충전소와 더불어 일부 업체들의 소형 수소충전장비가 공급되고 있는 것으로 확인되지만 당사의 제품과는 달리 자동운전이 되지 않고, 사용방법이 다소 복잡하다. 또한 유럽에서도 일부 업체들이 유사제품을 만들어 판매하고 있지만 수소용기 자체의 압력으로 충전하는 방식을 사용하거나 장비가 매우 크기 때문에 고객사들의 다양한 요구조건을 충족하기에는 많이 부족한 상태인 것으로 보인다. 이런 점에서 당사의 제품이 비교적 경쟁력을 갖추고 있다고 볼 수 있다”고 설명했다.

비티이는 우선 미국과 유럽을 중심으로 한 해외시장 개척에 주력할 계획이다. 

비티이는 지난 2011년 11월 스페인 마드리드의 IFEMA 전시장에서 개최된 ‘마드리드 국제방위 및 안보전시회(FEINDEF)’와 올해 1월 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 규모의 IT 가전 전시회인 ‘CES 2022’에서 두산모빌리티이노베이션의 수소연료전지 드론과 함께 일체형 수소충전장비를 선보여 호평을 받았다.  



심 대표는 “스페인 전시회 참가를 통해 유럽의 성향상 친환경적인 면이 강하고, 현재 공유경제 등으로 공유자전거 등이 활성화되어 있고, 독일 등 일부 국가에서는 수소연료전지 자전거를 도로에서 볼 수 있기 때문에 배송물품을 싣고 이동하는 카고바이크와 공유자전거 등에도 당사의 수소충전장비를 접목하기가 좋을 것으로 파악되었다”고 밝혔다.

심 대표는 이어 “‘CES 2022’ 전시회에서는 미국이 유럽에 비해 수소모빌리티 산업에 적극적인 행보를 보이고 있는 모습이 매우 인상적이었다. 특히 캘리포니아의 경우 2030년까지 내연기관차량 출시에 강력한 제재를 가해 전기차와 수소차에 집중한다는 소식이 알려지면서 많은 업체들이 그에 대응하는 신사업을 찾고 있는 모습을 감지할 수 있었다. 현장에서도 몇몇 업체들은 우리 장비에 많은 관심을 보이며 당사에 공급 제안을 해온 상태이며, 현재 이에 대한 협의를 진행하고 있다”고 말했다. 

특히 비티이는 아마존, 월마트, 코카콜라 등의 물류창고에서 수소지게차가 활발하게 사용되고 있는 북미 시장에 큰 기대를 걸고 있다. 북미의 수소지게차용 수소충전솔루션 시장의 가능성을 보고 ‘CES 2022’에 참가했다. 



올해부터 본격적으로 북미 시장에 대한 영업마케팅을 강화할 계획이다. 북미 시장 진입에 앞서 현지의 유능한 관계 업체들과 제조, 영업 협력 그리고 물류, 고객서비스, 유지보수 등 사후관리 등에 관한 협력을 체계적으로 갖춘다는 계획이다. 

그 일환으로 ‘CES 2022’에서 현지 업체인 ‘Fortress UAV’와 고객서비스와 기술지원 등에 관한 MOU를 체결했다. 

심 대표는 “미국 댈러스에 본사를 둔 Fortress UAV는 물류지원, 제품수리, 필드테스트, 기술지원, 고객서비스 및 예방적 유지보수 서비스 등 전문적인 서비스 엔지니어링 능력을 갖춘 회사”라며 “특히 무인기에 대한 폭넓은 기술지원과 오랜 경험을 가지고 있고, 수소 모빌리티 관련 사업도 진행하고 있기 때문에 당사의 일체형 수소공급장치에 대한 현지 기술・고객지원을 책임지고 수행할 수 있는 업체라고 판단했다”고 말했다.

심 대표는 이어 “다른 업체와는 제조・영업에 관한 협력을 위한 실무협의를 추진하고 있고, 단계별 실무협상을 눈앞에 두고 있는 상황”이라고 덧붙였다.

그는 또 “현지의 제조시설을 갖춘 전문기업과 협의 중인데, 이 업체를 통해 가급적이면 반제품 상태로 수출을 해 현지에서 조달이 가능한 부품들을 탑재해 조립을 완료하는 형태의 사업을 구상하고 있다”라며 “그렇게 되면 현지의 인증문제도 해결할 수 있고, 당사 측에서는 선적기한도 단축시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 아울러 미국 현지 고객사들의 요구사항을 빠르게 반영해 제조할 수 있게 되고, 당사는 개발・제조에만 전념할 수 있어 비용절감과 효율적인 업무분담도 가능할 것”이라고 기대감을 나타냈다. 

국내에서는 아직 상용화를 위한 관련 규정이 없어 우선 고객사들의 연구개발 목적으로 수소충전장비 공급을 추진할 계획이다. 

심 대표는 “국내는 소형 모빌리티용 수소충전장비의 제조・판매에 관한 규제개선과 관련 법령이 마련되지 않은 상태임에 따라 시장의 활성화를 위해 규제샌드박스 등을 통해 제작・판매를 할 수 있는 방안도 병행 추진할 예정”이라며 “글로벌 시장 선점을 위한 골든타임을 놓치지 않도록 규정에 없는 일체형 수소충전장비의 제조・판매에 관한 법령과 지원책이 마련되기를 바란다”고 밝혔다.




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