‘에너지 계시록’의 세 기사들

세계 에너지전문가들은 오래전부터 ‘에너지 위기’를 예언하고 있다. 석탄, 석유 등 화석연료는 다량의 환경오염 물질을 배출하고 언젠가는 고갈될 수밖에 없는 유한한 자원이기 때문에 각 국가들은 대체에너지 개발에 혈안을 올리고 있다. 가정용 연료전지, 수소연료전지 자동차, 수소충전소 등은 에너지 위기에 따라 화려하게 등장하고 있는 세 명의 정예기사들이다.

에너지 위기는 최근 들어 더욱 본격화되고 있다. 수소연료전지의 대두도 이러한 시대의 요구와 맞물려 있다. 미국의 한 보고서에도 2007년부터 기후변화협약 등 각국의 에너지자원 확보에 따른 군사적 무장체제에 돌입한다는 가히 충격적인 내용을 담고 있다. 이에 부시정권이 제시한 ‘수소경제’원리라는 것도 엄밀히 따지고 보면 위에 세 가지 수소연료전지 산업의 중장기적인 계획이다.

수소연료전지의 연료로 천연가스를 개질해 수소를 얻는 방법을 사용하고 있으며 한동안은 이러한 개질방식이 이어져갈 것이다.

그러므로 국내 천연가스 인프라 역시 우리가 ‘수소경제’라는 젖과 꿀이 흐르는 에너지 안보로 갈 수 있는 중요한 기반산업이 아닐 수 없다. 수소연료전지라는 날개를 달고 가스산업의 구세주가 몰려오고 있는 것이다.

가정용 수소연료전지 국산화

간단한 버튼 하나로 가정에서 TV, 냉장고, 에어콘, 전등 등을 가동할 전기를 생산하는 것은 물론 난방과 온수까지 사용할 수 있다. 1980년대 가스보일러 보급과 같이 이러한 시스템이 각 가정마다 보급될 날도 머지않아 보인다.

정부는 2008년까지 가정용 연료전지의 내구성 확보와 초기시장 형성을 위한 ‘가정용 연료전지 모니터링 사업’에 가스공사와 도시가스 10개사를 선정해 주도할 계획이다.

3년간 210기를 운영하는 이번 사업은 1차년도인 올해 연료전지 개발업체인 GS퓨얼셀와 퓨얼셀파워에서 개발한 제품 각각 20대를 주관기관인 한국가스공사에서 2주간 성능평가 후 자격기준을 통과한 연료전지 시스템에 한해 가스공사에 14대를 설치하고 나머지는 참여기관인 10개 도시가스 회사에 이전 설치해 운영하는 방식으로 추진될 예정이다.

2007년부터는 신재생에너지에 많은 관심을 기울이고 있는 지자체에서도 참여할 것으로 보여 가정용 연료전지 국산화 조기달성에 박차를 가할 움직임이다.

한 민간연구소는 30년 후 연료전지 분야 시장은 그 규모가 1500억달러에 이를 것이며 수소의 생산·저장·운송·연료전지 교체수요 등을 모두 포함하면 연간 1조달러를 넘을 것으로 분석하고 있다. 특히 기존의 가스시장 인프라를 활용한 가정용 연료전지 산업은 각 가정에서 도시가스로 전기와 열을 생산하는 새로운 발전방식을 제시하고 있으며 연료전지산업 육성의 견인차 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다.

아울러 최근에는 삼성종합기술원에서 세계 최소형(부피 190L) 고온형 가정용 연료전지 개발에 성공해 그동안 저온형(80도) 기술 중심으로 연구되고 있는 기술적 한계로 제조비용과 시스템의 내구성 확보가 답보상태에 머물고 있는 상황을 고온형(150도 이상) 기술을 통해 극복할 수 있는 가능성을 확인함으로써 가정용 연료전지의 상용화에 기반을 구축했다는 점에서 의미가 있다는 평가다.

자동차 산업의 新패러다임

연료전지차는 수소를 연료로 사용해 연료전지 스택에서 전기를 생산해내고 이를 이용해 모터를 구동시키는 자동차다. 현재는 수소를 천연가스 개질을 통해 공급받고 있는 단계로 이러한 수소충전소 상용화도 추진 중에 있다.

이번 수소연료전지 자동차 모니터링 사업은 현대자동차가 주관기관으로 나서고 KIST, 울산대, 건국대, NGV(주) 등이 3년간 참여할 예정이다. 또 관련부처 및 수소연료전지사업단 등 산·학·연·관 전문가로 구성된 ‘연료전지자동차 실용화 위원회’를 구성하여 자료 분석·보고 및 자문을 담당하게 된다.

정부는 수소연료전지 버스 1대와 투싼 SUV 4대로 지난 8월 서울과 수도권 등에서 주행 안정성을 실시했으며 2008년까지 국산연료전지를 탑재한 연료전지차량 34대를 전략적 위치에 투입, 운행한다는 계획이다.

수소연료전지 자동차 개발에 핵심역할을 하고 있는 현대자동차는 연료전지 자동차 개발을 본격적으로 하기 위해 연료전지 개발실을 두고 실용화 개발과 정부의 모니터링 주관기관으로 참여하고 있다. 그 결과 지난 2000년11월 현대자동차는 산타페 연료전지 자동차를 미국 연료전지 전문회사와 공동으로 개발했으며 현재 미국에서 차량 시범운행도 진행하고 있다. 또한 미국 퀀텀(Quantum)과 공동으로 5000psi용 압축 수소탱크를 개발해 적용한 바 있으며 최근에는 1만psi용 고압 압축 탱크를 개발 중이다.

그러나 연료전지차를 상용화하기 위해서는 아직 많은 장벽이 존재하고 있다. 물론 가격이나 기술적인 어려움이 무엇보다도 큰 걸림돌이지만 우리가 겪어보지 못한 기술이라는 측면을 고려할 때 수소에너지와 연료전지차에 대한 사회 전반적인 인식 전환과 더불어 다양한 분야의 인프라가 필요하다. 부품 개발업체의 육성을 위한 법규 및 기술수준이 필요하고 정부의 적극적인 지원 아래 수소충전소 건립도 요구된다.

수소충전소 네트워크 구축

지난 8월에 에너지기술연구원에서 천연가스 수증기개질형 수소충전소 준공식을 열면서 본격적인 수소충전소 건립시대를 열었다. 아직 충전 용량이나 성능 면에서 상용화 단계에 미치지는 못하지만 국내 연료전지 자동차 개발에 교두보 역할을 할 수소충전소 준공은 시사하는 바가 크다.

특히 정부는 연차적 계획을 갖고 수소자동차 운행을 위해 필수적인 수소충전소 건립 방침을 내놓고 있다. 1차년도인 올해 수도권을 중심으로 구축하고 2차년도에는 제주 풍력단지와 연계한 물전기분해 충전소를, 3차년도에는 남부지역을 중심으로 Truck-in방식의 수소충전소를 단계적으로 구축해 나갈 계획으로 2008년까지 전국 9개 지역에 수소충전소를 볼 수 있게 됐다.

건축 및 운영비에 108억원이 투자되는 이번 사업에는 가스공사, GS칼텍스, SK 등 국내 유수의 에너지기업들이 참여해 기술개발 목표를 검증하고 보완할 방침이다. 이로써 앞으로 수소충전소는 곧 연료전지차의 활성화뿐만 아니라 수소인프라 구축에 지대한 영향을 미칠 전국 네트워크를 형성하게 될 것이다.

수소연료전지 안전성 연구

그동안 수소연료전지 기술개발과 보급투자에 대한 집중추진이 이뤄졌으나 안전기술은 상대적으로 저조했다. 하지만 기술개발, 신뢰성 및 안전성 평가, 교육·홍보 등 각 요소가 상호연계 될 때 수소경제 실현이 설득력을 갖는다. 이에 따라 정부는 수소연료전지 기술개발 투자와 병행으로 안전기술을 개발해 제품 실용화 지원 및 기술선도를 마련 중에 있다.

특히 가스안전연구개발원 수소안전연구팀에서 올해 8월부터 2009년 7월까지 3년 동안 40억원의 정부지원금으로 ‘수소연료전지 안전성 연구’를 중점연구 사업으로 진행하게 됐다.

주요 핵심내용에는 연료전지 안전 분야, 수소연료전지차 안전 분야, 수소충전소 안전 및 수소공통 안전 분야가 포함되어 있다. 연구체계는 기초연구 분야는 주로 대학에서 수행하고 안전성 평가 및 평가시스템 구축, 안전기준 개발 등은 가스안전연구개발원에서 수행하는 것으로 이뤄졌다. 아울러 관련 산업체와도 긴밀한 협조체제를 구축하여 상호 정보를 교환하고 실제 산업현장의 의견을 수렴하여 실용적인 연구결과를 도출한다는 계획이다.

이와 같은 수소연료전지 안전 분야에 대한 연구가 체계적으로 진행되면 가정용 연료전지 안전성 평가 및 설치, 수소충전소 설치, 연료전지자동차용 용기 등 연료공급시스템의 안전성 평가 등에 대한 종합적 안전관리가 가능할 것이다.

정부는 지난 2003년 차세대 성장동력으로 수소연료전지를 선정하고 2011년까지 4660억원을 투자한다고 밝혔다. 이와 함께 각 부문별 모니터링 사업과 연차별 계획을 확정해 조기 국산화 개발에 경주하려는 모습을 보이고 있다.

수소경제 마스터플랜

세계 각국의 수소연료전지 개발 정책은 그 나라의 환경에 맞게 여러 가지 프로그램에 따라 진행되고 있으며 이에 따라 우리나라의 환경과 특성에 맞는 수소연료전지 중장기계획의 신중한 보완과 검토가 필요한 시점이다. 아울러 에너지 소비 주체인 국민들에게 수소연료전지에 대한 홍보가 전방위적으로 전개되어야 할 것이다.

특히 가정용 연료전지의 경우 부품 국산화 조기달성을 위한 부품업체 육성방안 정책이 반드시 마련되어야 하며 국내 주거환경이 아파트, 오피스텔 등 다세대주택으로 꾸준히 변화하고 있기 때문에 이에 맞는 규격과 시스템 개발이 요구되고 있다.

이에 따라 정부가 지난해 수립한 ‘수소경제 마스터플랜’은 이러한 수소연료전지 세부이행사업을 구체화한 청사진으로 관련 산업체들의 많은 기대를 받고 있다. 2040년까지 연료전지차 1250만대 보급, 가정용 연료전지 350만대 보급, 수소충전소 9500개소 구축 등 수소연료전지 산업의 미래는 밝다.

[전문가 제언] 현대자동차 환경기술연구소 임태원 소장

연료전지車는 수소경제의 중심軸

화석연료에 의한 대기환경의 악화와 원유고갈에 따른 에너지 위기가 우리에게 새로운 에너지 시스템을 요구하고 있는 가운데 세계적으로 수소가 미래의 청정에너지로 주목받고 있다.

특히 수소경제가 논의 될 때 가장 중심이 되는 것이 연료전지 자동차다. 기간산업으로서 미래 자동차산업의 중요성과 국가 에너지시스템에서 수송연료의 석유의존도 때문일 것이다. 실제로 우리나라의 경우 수입되는 석유가 전체 에너지 소비의 60%를 차지하고 이 석유가 수송연료의 99% 이상을 차지하고 있다. 미국, 일본을 포함한 세계 여러 나라의 환경도 우리와 다르지 않기 때문에 최근 지속되는 고유가 현황 속에서 수소경제와 연료전지차가 세계의 화두가 되고 있는 것이다.

2002년 미국에서는 수소경제의 실현을 위하여 비전과 실행계획을 구체적으로 발표하였고 일본의 경우 수소경제 로드맵을 통해 2010년 5만대, 2020년 500만대, 2030년 1500만대의 연료전지차 보급목표를 제시하면서 미래 에너지산업과 자동차산업의 주도권을 놓지 않으려는 의지를 분명히 하고 있다.

연료전지차에 대한 연구는 1990년대 초반부터 진행되어 왔지만 2000년을 계기로 좀 더 다른 차원의 연구가 시작됐다. 2000년 미국 캘리포니아주 새크라멘토에서 시작된 CaFCP(California Fuel Cell Partnership)가 그 시발점이 됐다. 현대자동차를 포함한 Toyota, Honda, GM, DCX, Nissan 등의 선진 자동차 업체들이 한 곳에 모여서 각자가 개발한 연료전지차를 선보이고 미국 내 도로 시범운행에 착수한 것이다. 2007년까지 계속될 이 프로그램에는 300여대의 연료전지차가 참여할 예정이며 도로 공동평가를 비롯해 기술표준, 안전, 홍보 등 다방면에서 뜻있는 성과를 보이고 있어 각국 연료전지자동차 사회의 귀감이 되고 있는 것이 현실이다.

우리나라에서도 2005년 9월 발표한 수소경제 마스터플랜에 입각해 올해 수소연료전지차 모니터링 1단계 사업이 착수될 예정이다. 1차년도에는 수도권의 충전소를 중심으로 수소연료전지차가 운행될 예정이며 2차년도에는 제주도에서 연료전지차-수전해수소충전소-풍력발전기가 연계된 프로그램이 착수될 예정이다. 모름지기 청정에너지시스템을 평가하는 것이다. 3차년도에도 남해안 수소생산기지를 중심으로 한 프로그램이 기획 중에 있는데 이 프로그램에서 우리나라는 수소경제와 연료전지차 산업육성 기반 구축에 필요한 연료전지차 실용화 모델들과 우리나라에 적합한 수소인프라 모델을 제시하게 될 수 있으리라 여겨진다.

[인터뷰] GS퓨얼셀 배준강 사장

“기술 네트워크로 업계 선두 자신”
2009년부터 대량생산체제 가동

“현 대전 본사를 올해 말에 GS칼텍스에서 건설 중인 서울 성내동 ‘신에너지연구센터’로 이전할 계획이며 GS칼텍스의 신에너지 연구개발팀과 GS퓨얼셀의 기술력을 집중해 연료전지업계의 선두를 구축할 것입니다. 특히 서울 이전 계획은 핵심 우수인력의 확보와 관련 연구기관 및 기업과의 원활한 기술교류에도 크게 도움이 될 전망입니다”

서울 이전으로 제2의 도약을 노리고 있는 GS퓨얼셀의 배준강 사장은 전 직원들이 가정용 연료전지 분야에서 최고수준의 전문성을 갖추고 있다고 자부하며 이번 정부의 가정용 연료전지 모니터링 사업에 강한 자신감을 나타냈다.

또한 배 사장은 “가정용 연료전지는 가스 수요량 창출 등 가스산업 활성화에 큰 역할을 하기 때문에 에너지공급업자들의 적극적인 참여와 지원이 필요한 시졈이라며 “이번 모니터링 사업 참여로 제품의 신뢰성 및 기술력을 확보하고 오는 2009년부터 대량생산체제를 갖춰 가스업체, 건설업체 등과 함께 시장확대에 나설 것”이라고 계획을 밝혔다.

지난해 한국에너지기술연구원 제로에너지타운에 1kW급 가정용 연료전지 시스템을 설치해 현재까지 3000시간 이상을 운전하고 있는 GS퓨얼셀은 국내 환경에 적합한 한국형 가정용 연료전지의 용량 및 운전모드를 표준화하고 선진업체와 경쟁할 수 있는 시스템 개발에 노력하고 있는 국내 연료전지 분야의 대표적인 기업이다.

“가정용 연료전지 구입시 구입비의 일부 지원과 가스요금 할인제도, 발전차액지원제도 등의 인센티브 확립이 필요합니다. 연료전지 분야는 앞으로 반도체와 LCD산업과 견줄 만큼 큰 시장이 형성될 것으로 보이며 가정용 연료전지 부문은 일본과 제2의 반도체 전쟁으로 이야기될 것입니다”

연료전지 산업 육성을 위한 인센티브제도의 필요성과 시장 추이를 강조한 배 사장은 “연료전지 부품 산업 육성을 위한 정부지원이 무엇보다도 필요한 시기”라며 “정부의 모니터링 사업 지원과 함께 BOP부품 개발 관련 업체가 더 늘어나야 시너지 효과를 거둘 것으로 기대된다”고 역설했다.

끝으로 배 사장은 “제품의 다양화 전략에 따라 고객요구에 적합한 용량의 연료전지시스템을 개발해 식당, 모텔, 스포츠센터 등에 보급할 계획이며 해외시장 진출도 점진적으로 준비 중”이라고 앞으로의 사업방향을 설명했다.

[업체소개] 퓨얼셀파워

모니터링 사업 이끄는 전문기업
핵심장치인 스택 개발 기술력 탁월

퓨얼셀파워(대표 신미남)는 지난 2001년 3월 산은캐피탈, 한솔, 한국기술투자 등이 출자하고 경영컨설턴트 및 대기업 출신 연구원이 핵심멤버로 설립된 연료전지 개발 전문기업이다.
퓨얼셀파워는 연료전지 전문회사로서 국내 연료전지 시장을 개척해 왔다. 2003년 국내 처음으로 가정용 연료전지 국산 신기술(KT-Mark)인증을 받았으며 자체적으로 핵심장치인 스택을 개발하고 정부 지원 아래 실증사업을 진행했다.

지난해 용인시 대림산업 대림교육 연구원에 1kW급 가정용 연료전지 시스템을 적용한 모니터링 하우스인 ‘3리터 하우스’를 준공해 그동안 기본기술에 머물렀던 연료전지 분야의 기술을 상용화 단계로 끌어올렸다는 평가를 받고 있다.

특히 올해는 정부의 가정용 연료전지 모니터링 사업에서 연료전지 시스템을 납품하는 업체로 선정돼 그간의 경험과 기술력을 십분 발휘하고 있다. 아울러 10kW급 상업용 고분자 연료전지 개발의 주관기관으로 나서 유니슨, 귀뚜라미보일러 등 각 부품별 전문기업과 호흡을 맞추고 있다.

한편 퓨얼셀파워는 연료전지 핵심 부품인 단위전지와 스택을 저가격 고성능 제품에 집중해 자체 기술력을 개발했고 관련 지적자산 10여건을 확보했다. 또한 국내 가스회사, 자동차회사 등 관련 업계, 연구소 등과 공동개발 컨소시엄을 구축하고 탄탄한 기술개발 네트워크를 구성하고 인지도를 높여 가고 있다.

[업체소개] 온시스

연료전지용 개질기 개발 앞장
수소스테이션용 수소발생장치 공급

온시스는 1998년 설립된 수소발생장치 및 연료전지 개질기 전문업체이다. 온시스의 정성재 대표는 SK㈜ 근무시절인 1992년 국내 최초로 천연가스 연료전지 개질기인 40kW급 인산형 연료전지용 개질기를 개발했으며 연료변환기술의 국산화를 개척해온 장본인이다.

온시스는 설립초기부터 국내 연구소 및 대기업 등에 연료전지용 개질기 및 수소발생장치를 공급하며 관련 연구의 성장 및 저변확대에 기여하고 있다.

2004년부터 올해까지 대구도시가스와 함께 국책과제인 ‘가정용 연료전지 시스템 실증연구사업’에 참여해 가정용 연료전지시스템의 국산화 기술확보에 괄목할 만한 성과를 거뒀다.

또한 고순도 수소발생장치에 대한 성능개선 및 신뢰성 향상을 위한 꾸준한 기술개발을 통해 2005년부터 국내 산업체 및 연구소에 수소실린더 대체 및 수소스테이션용으로 고순도 수소발생장치를 본격적으로 보급하기 시작했다.

올해 하반기부터 그간의 확보된 기술 및 운영경험을 체계적으로 구축해 소비자에게 보다 다양한 제품 및 뛰어난 경제성으로 수소발생장치 및 연료전지 개질기를 공급할 계획이다.

한편 연료전지용 연료변환기에 대한 기술개발에 더욱 집중하여 고효율, 소형, 긴수명의 독자 핵심 기술확보에 노력을 기울이고 있는 온시스는 수소스테이션용 천연가스 수소발생장치에 대한 설계, 제작, 운전경험을 바탕으로 성능개선 및 내구성 증대를 위한 기술개발을 중점적으로 진행할 예정이다.